二维材料器件与GaN器件异质集成结构及制备方法技术

本发明专利技术提供一种二维材料器件与GaN器件异质集成结构及制备方法，在同一蓝宝石衬底上异质集成二维材料器件与GaN器件，并通过二维材料器件控制GaN器件的开、关，提高整体异质集成结构的性能，发挥GaN器件优势；通过互连电极，实现电连接，降低寄生效应；在二维材料器件中，以二维材料层作为沟道，石墨烯层作为欧姆接触，解决二维材料器件欧姆接触不良的问题；通过T型栅极作为掩膜版并进行自对准工艺，形成第二源极及第二漏极，缩短了T型栅极与源极及漏极的距离，降低了二维材料器件的接入电阻，提高了二维材料器件的性能；本发明专利技术可充分发挥GaN器件的优势，并提高整个异质集成结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
二维材料器件与GaN器件异质集成结构及制备方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种二维材料器件与GaN器件异质集成结构及制备方法。
技术介绍
作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有如高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等许多优良的特性。因此，基于GaN的第三代半导体器件，如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结场效应晶体管(HFET)等已经得到了应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。常规GaNHEMT器件为常开器件，要实现GaNHEMT器件正常关断的最直接的方式是采用共源共栅的Cascode级联技术，也是商业中主要采用的技术手段之一。该技术是将低压增强型Si基MOSFET器件与高压耗尽型GaN器件级联在一起形成Cascode结构。然而，该Cascode结构的总导通电阻为二者之和，但是Si基器件的导通电阻要远大于GaN器件的导通电阻，即Si基器件的导通电阻基本决定了整个组合器件的导通电阻，同时，GaN器件开关速度也取决于Si基器件，且由于Si基器件的温度限制，无法发挥Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维材料器件与GaN器件异质集成结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供衬底；/n于所述衬底上形成异质外延叠层，所述异质外延叠层包括依次堆叠设置的缓冲层、GaN沟道层、势垒层及第一钝化层；/n刻蚀所述异质外延叠层，显露部分所述衬底；/n形成隔离侧墙，所述隔离侧墙覆盖所述异质外延叠层的侧壁；/n于显露的所述衬底上形成石墨烯层；/n刻蚀所述石墨烯层，形成显露所述衬底的开口；/n于所述开口中形成二维材料层；/n于所述石墨烯层上形成所述二维材料器件的第一源极及第一漏极；/n于所述二维材料层上形成所述二维材料器件的栅氧介质层，所述栅氧介质层覆盖所述二维材料层且所述栅氧介质层的宽度大于所...

【技术特征摘要】
1.一种二维材料器件与GaN器件异质集成结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
于所述衬底上形成异质外延叠层，所述异质外延叠层包括依次堆叠设置的缓冲层、GaN沟道层、势垒层及第一钝化层；
刻蚀所述异质外延叠层，显露部分所述衬底；
形成隔离侧墙，所述隔离侧墙覆盖所述异质外延叠层的侧壁；
于显露的所述衬底上形成石墨烯层；
刻蚀所述石墨烯层，形成显露所述衬底的开口；
于所述开口中形成二维材料层；
于所述石墨烯层上形成所述二维材料器件的第一源极及第一漏极；
于所述二维材料层上形成所述二维材料器件的栅氧介质层，所述栅氧介质层覆盖所述二维材料层且所述栅氧介质层的宽度大于所述二维材料层的宽度；
于所述栅氧介质层上形成所述二维材料器件的T型栅极；
以所述T型栅极作为掩膜版，进行自对准工艺，形成所述二维材料器件的第二源极及第二漏极，其中，所述第二源极覆盖所述第一源极表面，所述第二漏极覆盖所述第一漏极表面；
形成覆盖所述二维材料器件的第二钝化层；
刻蚀所述异质外延叠层，形成显露所述GaN沟道层的第一沟槽，沉积金属，形成所述GaN器件的源极及漏极；
刻蚀所述异质外延叠层，形成显露所述势垒层的第二沟槽，沉积金属，形成所述GaN器件的栅极；
形成第三钝化层，以覆盖所述第二钝化层及GaN器件；
刻蚀所述第二钝化层及第三钝化层，形成第三沟槽，沉积金属，形成电连接所述二维材料器件及GaN器件的互连电极。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：形成的所述二维材料层包括MoS2二维材料层、WS2二维材料层、MoSe2二维材料层及WSe2二维材料层中的一种或组合，以通过所述二维材料层作为所述T型栅极的沟道。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：形成所述二维材料层的方法包括LPCVD法、MOCVD法、MBE法及薄膜转移法中的一种，其中，当采用LPCVD法时，形成条件包括压强为15mtorr～25mtorr、温度为700℃～900℃，时长为10min～20min。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：形成所述石墨烯层的方法包括MOCVD法，且在形成所述开口时，包括采用ICP法，以O2作为刻蚀气氛，并在10W～20W的功率条件下，刻蚀所述石墨烯层。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述栅氧介质层的步骤包括：
采用电子束沉积法，在沉积速度为0.05A/s～0.1A/s的条件下，于所述二维材料层上形成Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫炯炯，王志宇，陈华，刘家瑞，郁发新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33