【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体电子器件，具体涉及一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos(金属氧化物半导体晶体管，complementary metal-oxide-semiconductortransistor)器件及其制备方法。
技术介绍
1、宽禁带半导体gan材料具有禁带宽度宽、击穿电场强以及饱和电子速率高等优点，可用于制备高频大功率的电子器件，应用于新一代移动通信、军用雷达等民用和军用领域。
2、然而，分立的gan基电子器件应用于传统集成电路时，在电极键合处会产生寄生电感和寄生电阻；同时印制电路板的接线会产生附加电容，这导致器件在开关过程中产生较大的损耗。gan基电子器件的单片集成是减少寄生电感的有效方法，可以有效提高电路效率。对于单片集成gan基cmos器件，可以通过选区刻蚀加二次外延的方法实现，但是该方法工艺流程较长，且二次外延将对pmos(p沟道场效应晶体管)质量产生不利影响。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos器件及其制备方法。本专利技术一方面是将p沟道场效应晶体管(简称pmos)与n沟道场效应晶体管(简称nmos)单片集成为gan基cmos器件，从而减少不同器件间的寄生效应，提高电路系统的工作效率；另一方面是通过预溅射与选区生长的方法实现衬底晶片上金属极性与氮极性gan基器件的同步原位生长，使器件工艺流程简化，同时能避免二次外延对器件性能的不利影响。
2、本专利技术所述的一种金属极性与氮极性结合的gan基c
3、该cmos器件也可以由金属极性nmos器件与氮极性pmos器件组成(见附图2和附图说明)，金属极性nmos器件从下至上依次由衬底1、金属极性aln准备层2、金属极性aln缓冲层4、金属极性高阻gan层6、金属极性gan沟道层10、金属极性algan势垒层8、金属极性极化诱导层12和钝化层14组成；将钝化层14和金属极性极化诱导层12沿中间区域进行刻蚀，露出金属极性algan势垒层8，形成nmos栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层14和露出的金属极性algan势垒层8表面制备绝缘层15；将绝缘层15和钝化层14沿左右两端区域进行刻蚀，露出金属极性极化诱导层12形成nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽；在nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽中制备nmos源电极18和nmos漏电极19，在nmos栅电极凹槽中制备nmos栅电极21；氮极性pmos器件结构从下至上依次由衬底1、氮极性aln缓冲层5、氮极性高阻gan层7、氮极性gan沟道层11、氮极性algan势垒层9、氮极性极化诱导层13和钝化层14组成；将钝化层14和氮极性极化诱导层13沿中间区域进行刻蚀，露出氮极性algan势垒层9，形成pmos栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层14和露出的氮极性algan势垒层9表面制备绝缘层15；将绝缘层15和钝化层14沿左右两端区域进行刻蚀，露出氮极性极化诱导层13形成pmos源电极凹槽和pmos漏电极凹槽；在pmos源电极凹槽和pmos漏电极凹槽中制备pmos源电极16和pmos漏电极17，在pmos栅电极凹槽中制备pmos栅电极20；金属极性nmos器件与氮极性pmos器件共用同一衬底1，其结构间由隔离层3分隔开。
4、本专利技术通过在同一衬底上制备金属极性和氮极性gan/algan或algan/gan异质结(金属极性gan/algan异质结对应图1中的金属极性gan沟道层10/金属极性algan势垒层8结构，氮极性gan/algan异质结对应图1中的氮极性gan沟道层11/氮极性algan势垒层9结构，金属极性algan/gan异质结对应图2中的金属极性algan势垒层8/金属极性gan沟道层10结构，氮极性algan/gan异质结对应图2中的氮极性algan势垒层9/氮极性gan沟道层11结构)，利用异质结界面的二维空穴气和二维电子气制备pmos和nmos结构，进而实现gan基cmos器件的单片集成，有利于降低器件间的寄生效应，提高了电路系统的效率。通过极性控制，一次外延即可同时获得金属极性和氮极性器件结构，避免了二次外延，有利于提高外延薄膜的晶体质量，缩短器件的制备周期并降低器件成本。
5、如上所述的一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos器件，其特征在于：衬底1可以是蓝宝石衬底、碳面sic衬底、si衬底或者其它可用于氮化物外延生长的单晶衬底。衬底1上各层材料的极性可由衬底表面预处理工艺进行调控，如在经过预溅射aln缓冲层及高温退火(温度为1500℃～1700℃，退火时间在5min～20min之间)的蓝宝石、碳面sic衬底或si衬底上能够获得金属极性pmos或nmos结构；在经过高温、高v/iii比条件氨气氮化处理(温度>1100℃、ⅴ/ⅲ比>6000)的蓝宝石、碳面sic衬底或si衬底上能够获得氮极性pmos或nmos结构。由于金属极性与氮极性器件共用同一衬底1，为了得到不同极性的pmos或nmos结构，要对同一衬底的不同区域进行不同的处理。
6、如上所述的一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos器件，其特征在于：金属极性aln准备层2的厚度为10～200nm，金属极性aln缓冲层4的厚度为100～200nm；氮极性aln缓冲层5的厚度为100～200nm。
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1.一种金属极性与氮极性结合的GaN基CMOS器件，其特征在于：该CMOS器件由金属极性PMOS器件与氮极性NMOS器件组成，金属极性PMOS器件从下至上依次由衬底(1)、金属极性AlN准备层(2)、金属极性AlN缓冲层(4)、金属极性高阻GaN层(6)、金属极性AlGaN势垒层(8)、金属极性GaN沟道层(10)、金属极性极化诱导层(12)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和金属极性极化诱导层(12)沿中间区域进行刻蚀，露出金属极性GaN沟道层(10)，形成PMOS栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)表面和露出的金属极性GaN沟道层(10)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)再沿左右两端区域进行刻蚀，露出金属极性极化诱导层(12)，形成PMOS源电极凹槽和PMOS漏电极凹槽；在PMOS源电极凹槽和PMOS漏电极凹槽中分别制备PMOS源电极(16)和PMOS漏电极(17)，在PMOS栅电极凹槽中制备PMOS栅电极(20)；氮极性NMOS器件结构从下至上依次由衬底(1)、氮极性AlN缓冲层(5)、氮极性高阻GaN层(7)、氮极性AlGaN势垒层(9)、氮极性
2.一种金属极性与氮极性结合的GaN基CMOS器件，其特征在于：该CMOS器件由金属极性NMOS器件与氮极性PMOS器件组成，金属极性NMOS器件从下至上依次由衬底(1)、金属极性AlN准备层(2)、金属极性AlN缓冲层(4)、金属极性高阻GaN层(6)、金属极性GaN沟道层(10)、金属极性AlGaN势垒层(8)、金属极性极化诱导层(12)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和金属极性极化诱导层(12)沿中间区域进行刻蚀，露出金属极性AlGaN势垒层(8)，形成NMOS栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)和露出的金属极性AlGaN势垒层(8)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)沿左右两端区域进行刻蚀，露出金属极性极化诱导层(12)形成NMOS源电极凹槽和NMOS漏电极凹槽；在NMOS源电极凹槽和NMOS漏电极凹槽中制备NMOS源电极(18)和NMOS漏电极(19)，在NMOS栅电极凹槽中制备NMOS栅电极(21)；氮极性PMOS器件结构从下至上依次由衬底(1)、氮极性AlN缓冲层(5)、氮极性高阻GaN层(7)、氮极性GaN沟道层(11)、氮极性AlGaN势垒层(9)、氮极性极化诱导层(13)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和氮极性极化诱导层(13)沿中间区域进行刻蚀，露出氮极性AlGaN势垒层(9)，形成PMOS栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)和露出的氮极性AlGaN势垒层(9)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)沿左右两端区域进行刻蚀，露出氮极性极化诱导层(13)形成PMOS源电极凹槽和PMOS漏电极凹槽；在PPMOS源电极凹槽和PMOS漏电极凹槽中制备PMOS源电极(16)和PMOS漏电极(17)，在PMOS栅电极凹槽中制备PMOS栅电极(20)；金属极性NMOS器件与氮极性PMOS器件共用同一衬底(1)，其结构间由隔离层(3)分隔开。
3.如权利要求1或2所述的一种金属极性与氮极性结合的GaN基CMOS器件，其特征在于：衬底(1)是蓝宝石衬底、碳面SiC衬底或Si衬底；在经过预溅射AlN缓冲层及高温退火的蓝宝石、碳面SiC衬底或Si衬底上获得金属极性PMOS或NMOS结构；在经过高温、高V/III比条件氨气氮化处理的蓝宝石、碳面SiC衬底或Si衬底上获得氮极性PMOS或NMOS结构。
4.如权利要求1或2所述的一种金属极性与氮极性结合的GaN基CMOS器件，其特征在于：金属极性AlN准备层(2)的厚度为10～200nm，金属极性AlN缓冲层(4)的厚度为100～200nm；氮极性AlN缓冲层(5)的厚度为100～200nm；金属极性高阻GaN层(6)和氮极性高阻GaN层(7)采用Fe补偿型受主元素掺杂以形成高阻特性，方...
【技术特征摘要】
1.一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos器件，其特征在于：该cmos器件由金属极性pmos器件与氮极性nmos器件组成，金属极性pmos器件从下至上依次由衬底(1)、金属极性aln准备层(2)、金属极性aln缓冲层(4)、金属极性高阻gan层(6)、金属极性algan势垒层(8)、金属极性gan沟道层(10)、金属极性极化诱导层(12)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和金属极性极化诱导层(12)沿中间区域进行刻蚀，露出金属极性gan沟道层(10)，形成pmos栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)表面和露出的金属极性gan沟道层(10)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)再沿左右两端区域进行刻蚀，露出金属极性极化诱导层(12)，形成pmos源电极凹槽和pmos漏电极凹槽；在pmos源电极凹槽和pmos漏电极凹槽中分别制备pmos源电极(16)和pmos漏电极(17)，在pmos栅电极凹槽中制备pmos栅电极(20)；氮极性nmos器件结构从下至上依次由衬底(1)、氮极性aln缓冲层(5)、氮极性高阻gan层(7)、氮极性algan势垒层(9)、氮极性gan沟道层(11)、氮极性极化诱导层(13)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和氮极性极化诱导层(13)沿中间区域进行刻蚀，露出氮极性gan沟道层(11)，形成nmos栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)表面和露出的氮极性gan沟道层(11)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)再沿左右两端区域进行刻蚀，露出氮极性极化诱导层(13)，形成nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽；在nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽中分别制备nmos源电极(18)和nmos漏电极(19)，在nmos栅电极凹槽中制备nmos栅电极(21)；金属极性pmos器件与氮极性nmos器件共用同一衬底(1)，其结构间由隔离层(3)分隔开。
2.一种金属极性与氮极性结合的gan基cmos器件，其特征在于：该cmos器件由金属极性nmos器件与氮极性pmos器件组成，金属极性nmos器件从下至上依次由衬底(1)、金属极性aln准备层(2)、金属极性aln缓冲层(4)、金属极性高阻gan层(6)、金属极性gan沟道层(10)、金属极性algan势垒层(8)、金属极性极化诱导层(12)和钝化层(14)组成；将钝化层(14)和金属极性极化诱导层(12)沿中间区域进行刻蚀，露出金属极性algan势垒层(8)，形成nmos栅电极凹槽；在刻蚀后的钝化层(14)和露出的金属极性algan势垒层(8)表面制备绝缘层(15)；将绝缘层(15)和钝化层(14)沿左右两端区域进行刻蚀，露出金属极性极化诱导层(12)形成nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽；在nmos源电极凹槽和nmos漏电极凹槽中制备nmos源电极(18)和nmos漏电极(19)，在nmos栅电极凹槽中制备nmos栅电极(21)；氮极性pmos器件结构从下至上依次由衬底(1)、氮极性aln缓冲层(5)、氮极性高阻gan层(7)、氮极性gan沟道层(11)、氮极性algan势垒层(9...
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