一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT及其制备方法通过光刻工艺制备凹槽图形衬底，使得凹槽图形长度、宽度、深度可控，从而有效提高图形衬底上外延生长的微纳材料可控性。而且本发明专利技术直接在图形衬底上外延生长的微纳材料上制备HEMT器件，相对于通过剥离衬底获得微纳材料或者单根一维材料的转移衬底的方法制备集成器件，本发明专利技术有效简化了工艺步骤，更利于实际应用。本发明专利技术可广泛应用于半导体器件领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及。
技术介绍
半导体纳米线由于同时具备半导体的独特性质和一维纳米结构的大比表面积和高纵横比等特质使其成为时下研究的热点。由于纳米结构具有比较理想的物理和化学性质，在半导体器件的基本模块或互连元件方面极具潜力，因而在未来微电子集成技术中有着巨大的应用前景。半导体微纳器件的制备主要有两种方法:一种是被称为“Top-Down”的技术，即利用技术手段将半导体材料如S1、Ge、GaN等变小，然后制备成器件；另外一种是被称为“Bottom-Up”的技术，主要是将无机或者有机半导体材料的分子、原子组装成纳米功能器件，使尺寸“大”起来。前者受限于光刻工艺和分辨率；而以分子自组装等为代表的“Bottom-Up”的生长方法能制备出晶体质量较高的微纳材料，成为各领域的研究热点，但是大多纳米一维材料的生长依赖于金属催化剂的随机引入，这导致微纳材料生长的随机性和不可控性，使微纳器件不能完全发挥微纳材料的潜能。宽禁带半导体材料GaN拥有饱和电子迀移速度快、击穿电场高、物化性质稳定、抗辐射能力强等特质，是制作高温、高频、高功率微波器件的理想材料。由于AlGaN/GaN异质结界面二维电子气(2DEG)具有电子浓度大、功率密度高等特性，在制作HEMT器件中有着独特的优势。但是目前基于AlGaN/GaN纳米线异质结的HEMT器件制备并不成熟，大多制备方法中将异质结纳米线外延生长和器件制备分离，这不仅增加工艺复杂度，而且可控性低，限制了其实际应用和发展。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种能简化工艺，且提高可控性的。本专利技术所采用的技术方案是: 一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT，包括衬底、刻蚀在衬底正面的多个等间距排列的凹槽和呈长条状的漏极和源极，各所述凹槽的侧壁上生长有纳米线形成纳米线阵列，所述衬底上设有掩膜层，所述漏极和源极分别设于纳米线阵列的两端并与各纳米线垂直连接，所述衬底背面制备有栅介质层，所述栅介质层下方形成有栅极。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，各所述凹槽内的纳米线之间填充有绝缘介质材料，形成绝缘介质层。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，所述凹槽侧壁与纳米线之间设有缓冲层。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的进一步改进，所述纳米线包括在缓冲层上外延生长的核层、生长在核层上的薄层和生长在薄层上的壳层。本专利技术所采用的另一技术方案是: 一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法，包括以下步骤: A、在衬底上刻蚀形成多个等间距排列的凹槽； B、在各凹槽侧壁上外延生长纳米线，形成纳米线阵列； C、在各凹槽内两侧的纳米线之间填充绝缘介质材料形成绝缘介质层，并对绝缘介质层进行刻蚀使得各纳米线上端露出； D、在纳米线阵列的两端分别制备形成与各纳米线垂直连接的漏极和源极； E、在衬底背面制备形成栅介质层，并在栅介质层下方制备形成栅极。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法的进一步改进，所述步骤A包括: Al、在衬底正面制备介质材料形成掩膜层； A2、采用丙酮和异丙醇对掩膜层表面进行清洗并烘干，进而在表面旋涂光阻层； A3、通过等间距条纹光刻板进行曝光并随后进行显影处理，进而进行除胶处理； A4、根据预设的刻蚀深度，对除胶后的部分进行湿法刻蚀，形成多个等间距排列的凹槽。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法的进一步改进，所述步骤B包括: B1、通过金属有机化学气相沉积法在各凹槽侧壁上外延生长缓冲层； B2、在缓冲层上外延生长核层，并在核层上外延生长薄层，继而在薄层上外延生长壳层，形成纳米线，得到纳米线阵列。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法的进一步改进，所述步骤C包括: Cl、采用丙酮、异丙醇和去离子水对纳米线阵列进行清洗，然后采用氮气吹干并对其进行烘烤去除表面水分子，进而进行氧等离子体处理； C2、将绝缘介质材料通过旋涂填充至各凹槽内两侧的纳米线之间，然后对其进行烘烤并冷却，进而进行氧等离子体处理； C3、对绝缘介质层进行刻蚀使得各纳米线上端露出。作为所述的一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法的进一步改进，所述步骤D具体为: 利用蒸镀或溅射的方法在纳米线阵列的两端分别制备形成与各纳米线垂直连接的漏极和源极。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过光刻工艺制备凹槽图形衬底，使得凹槽图形长度、宽度、深度可控，从而有效提高图形衬底上外延生长的微纳材料可控性。而且本专利技术直接在图形衬底上外延生长的微纳材料上制备HEMT器件，相对于通过剥离衬底获得微纳材料或者单根一维材料的转移衬底的方法制备集成器件，本专利技术有效简化了工艺步骤，更利于实际应用。【附图说明】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明: 图1是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT的结构示意图； 图2是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT中Si (100)衬底的纳米线结构示意图； 图3是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT中Si (110)衬底的纳米线结构示意图； 图4是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法的步骤流程图； 图5是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法步骤A的步骤流程图； 图6是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法步骤B的步骤流程图； 图7是本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法步骤C的步骤流程图。【具体实施方式】参考图1-图7，本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT，包括衬底1、刻蚀在衬底I正面的多个等间距排列的凹槽和呈长条状的漏极5和源极4，各所述凹槽的侧壁上生长有纳米线3形成纳米线阵列，所述衬底I上设有掩膜层11，所述漏极5和源极4分别设于纳米线阵列的两端并与各纳米线3垂直连接，所述衬底I背面制备有栅介质层6，所述栅介质层6下方形成有栅极7。进一步作为优选的实施方式，各所述凹槽内的纳米线3之间填充有绝缘介质材料，形成绝缘介质层2，所述的绝缘介质层2采用氧等离子体刻蚀部分以露出纳米线阵列上端。进一步作为优选的实施方式，所述凹槽侧壁与纳米线3之间设有缓冲层12。进一步作为优选的实施方式，所述纳米线3包括在缓冲层12上外延生长的核层31、生长在核层31上的薄层32和生长在薄层32上的壳层33。本专利技术一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT制备方法具体实施例中，包括以下步骤: 51、在Si衬底I上制备介质材料形成掩膜层11，掩膜层11的厚度为100-200nm;经过丙酮、异丙醇清洗干净表面后在热台上烘干，接着在匀胶机上旋涂光阻层；然后采用特制的等间距条纹光刻板进行曝光；随后进行显影，并进行除胶处理，若光阻层为正胶，则去除被曝光的光阻层；若光阻层为负胶，则去除未曝光的光阻层；接着配置刻蚀液对去除光阻层漏出衬底I部分进行湿法刻蚀，刻蚀深度根据刻蚀时间控制，形成等间距凹槽阵列； 52、将步骤SI中制备好的具有等间距凹槽阵列图形的Si衬底I载入金属有机化学气相沉积系统反应室，然后外延生长缓冲层12A1N以减少外延GaN层的应力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成有序GaN基纳米线阵列HEMT，其特征在于：包括衬底、刻蚀在衬底正面的多个等间距排列的凹槽和呈长条状的漏极和源极，各所述凹槽的侧壁上生长有纳米线形成纳米线阵列，所述衬底上设有掩膜层，所述漏极和源极分别设于纳米线阵列的两端并与各纳米线垂直连接，所述衬底背面制备有栅介质层，所述栅介质层下方形成有栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，宋伟东，王汝鹏，胡文晓，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44