一种在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法与流程

文档序号:12065868阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,包括以下步骤:

S1,在金属有机化合物气相外延反应室中,在氢气气氛下,在Si衬底上,温度980℃~1200℃下,反应室压力60torr-100torr,通入TMAl作为III族源,NH3作为V族源,生长0.1~0.5微米厚的AlN成核层;

S2,在AlN成核层上,保持温度1050℃~1200℃下,反应室压力60torr-100torr,通入TMAl和TMGa作为III族源,NH3作为V族源,生长0.25~0.5微米厚的AlyGa1-yN应力释放层,该AlyGa1-yN应力释放层中的Al组分为固定组分,其中y的取值范围:20%~30%。;

S3,在AlyGa1-yN应力释放层上,氢气气氛下,温度为1040℃~1200℃下,通入TMGa作为III族源,NH3作为V族源生长0.2~0.5微米厚的GaN外延层;

S4,采用低压化学气相沉积法在GaN外延层上生长四组碳纳米管,先铺设排列方向平行于GaN外延层[1-100]方向的第一组碳纳米管形成第一组碳纳米管掩膜,然后采用选区外延方法生长0.2微米厚的AlyGa1-yN合并层,在该AlyGa1-yN合并层上铺设排列方向和第一组碳纳米管成45度夹角第二组碳纳米管形成第二组碳纳米管掩膜,然后生长0.4微米厚的AlyGa1-yN合并层,在该AlyGa1-yN合并层上铺设排列方向和第一组碳纳米管成90度夹角的第三组碳纳米管形成第三组碳纳米管掩膜,然后生长0.4微米厚的AlyGa1-yN合并层,在该AlyGa1-yN合并层上铺设排列方向和第一组碳纳米管成135度夹角的第四组碳纳米管形成第四组碳纳米管掩膜,接着再生长0.5微米厚的AlyGa1-yN合并层,从而形成在GaN外延层不同厚度处分别插入四组成固定角度交叉排列的碳纳米管结构;

S5,在氢气气氛下,在1040℃~1200℃下,反应室压力75~100torr,通入TMGa作为III族源,NH3作为V族源生长1-1.5微米厚的GaN合并层;

S6,在氢气气氛下,在1050℃~1200℃下,通入TMGa、TMAl作为III族源,NH3作为V族源生长不掺杂的25nm厚的AlyGa1-yN势垒层。

2.根据权利要求1所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述步骤S4中,第一组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层、第二组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层、第三组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层和第四组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层中的Al组分阶梯式减小,AlyGa1-yN合并层的厚度阶梯式增加。

3.根据权利要求2所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述第一组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层为Al0.04Ga0.96N合并层,第二组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层为Al0.03Ga0.97N合并层,第三组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层为Al0.02Ga0.98N合并层,第四组碳纳米管上生长的AlyGa1-yN合并层为Al0.01Ga0.99N合并层。

4.根据权利要求3所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述碳纳米管在生长过程中,采用乙炔作为载气,同时采用Fe作为催化剂,生长得到碳纳米管,通过生长形成由平行排列的碳纳米管阵列构成的碳纳米管掩膜,碳纳米管陈列由若干根平行排列的碳纳米管组成,该碳纳米管相互聚集形成平行排列的若干捆簇结构,一个捆簇由若干平行排列的碳纳米管构成,相邻捆簇之间形成微米级生长窗口,捆簇内部平行排列的碳纳米管之间形成纳米级生长窗口。

5.根据权利要求4所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述碳纳米管的直径为10-100纳米,捆簇内相邻碳纳米管之间的间隔为10-1000纳米,相邻捆簇之间的间隔1-10微米。

6.根据权利要求5所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述步骤S1中生长AlN成核层时,具体包括:

先在金属有机化合物气相外延反应室中,在氢气气氛下,在Si衬底上,温度980℃~1000℃下,反应室压力60torr-100torr,通入TMAl作为III族源,NH3作为V族源,生长5~15纳米厚的低温AlN成核层;

然后保持在氢气气氛下,温度1070℃~1200℃下,反应室压力60torr-100torr,通入TMAl作为III族源,NH3作为V族源,使5~15纳米厚的低温AlN成核层生长为0.1~0.5微米厚的AlN成核层。

7.根据权利要求6所述的在硅衬底上制备高电子迁移率场效应晶体管的方法,其特征在于,所述步骤S6中的AlyGa1-yN势垒层为Al0.25Ga0.75N势垒层。

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