CN111816706A - 一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供一种半导体器件及其制造方法。所述半导体器件包括多个空穴沟道的III族氮化物器件和多个电子沟道的III族氮化物器件。其中所述空穴沟道的III族氮化物器件与所述电子沟道的III族氮化物器件对应设置。所述电子沟道的III族氮化物器件具有鳍状沟道，且可同时在所述化合物半导体层和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气和/或二维电子气。本公开内容提供具有工艺简单、成本低廉、在单位面积上实现更高的沟道密度，具有高耐受电压、高功率和低导通电阻等高性能、安全、节能的常闭型电子和或空穴沟道III族氮化物晶体管。

Description

一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用
技术领域
本公开内容涉及半导体领域，更具体而言，涉及一种鳍状半导体器件、制造方法及其应用。
背景技术
III族氮化物半导体是一种重要的新型半导体材料，主要包括AlN、GaN、InN及这些材料的化合物如AlGaN、InGaN、AlInGaN等。利用所述III族氮化物半导体具有直接带隙、宽禁带、高击穿电场强度等优点，通过器件结构与工艺的优化设计，III族氮化物半导体在功率半导体和无线通信领域拥有巨大前景。
此外，现有的半导体器件的结构设计多为横向器件，单位面积上的集成度不够高；以及现有的III族氮化物半导体器件器件为常开型器件，也就是在第三电极上无偏压时，器件处于导通的状态，然而在许多应用中，半导体器件必须是常关型器件，对节约能源和应用安全也很不利。
基于此，本公开内容提供一种新的鳍状半导体器件结构及其制造方法，旨在克服上述缺陷，提供具有工艺简单、成本低廉、在单位面积上实现更高的沟道密度，可同时具有电子沟道和空穴沟道，具有高耐受电压、高功率和低导通电阻等高性能、安全、节能的半导体器件。
发明内容
在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
根据本公开内容的一方面，提供一种鳍状电子沟道半导体器件的制造方法，包括：
提供一衬底，在其上表面刻蚀出阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
从所述第三表面处为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长鳍状的氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气及不可移动的背景负电荷；和/或所述二维电子气及不可移动的背景正电荷。
进一步的，其中所述基片选自Al2O3、4H－SiC、(110)面的硅或(112)面的硅。
进一步的，其中所述第三表面选自Al2O3的(0001)面，4H－SiC的(0001)面以及硅的(111)面。
进一步的，其中在所述衬底的除所述第三表面外的其他表面上形成第一绝缘层。
进一步的，其中所述第一绝缘层形成的方法包括在所述衬底上共面沉积SiN，通过垂直取向的蚀刻技术，仅保留所述第三表面上的SiN，然后在除第三表面以外的其他表面上形成二氧化硅层，进而通过湿法腐蚀去除侧壁上的SiN，保留所述其它表面上的二氧化硅层。
进一步的，还包括在所述第三表面处形成籽晶层，所述籽晶层形成在所述第三表面的部分表面上；或所述籽晶层形成在所述第三表面的全部表面上。
进一步的，其中由所述籽晶层材料形成的多晶或非晶层去除或保留在所述第一绝缘层上。
进一步的，其中当所述衬底为硅衬底时，必须具有所述籽晶层。
进一步的，还包括以所述籽晶层为核心，侧向外延生长一缓冲层。
进一步的，还包括以所述籽晶层或以所述缓冲层为核心，侧向外延生长第一氮化物半导体层(110)。
进一步的，还包括以所述第一氮化物半导体层(110)为核心，侧向外延生长一P型掩埋层。
进一步的，其中所述掩埋层能耗尽95－100％的二维电子气。
进一步的，其中能通过将所述P型掩埋层与所述二维电子气构成体二极管，对所述器件起到保护作用。
进一步的，还包括以所述第一氮化物半导体层(110)或所述掩埋层为核心，继续侧向外延生长第二氮化物半导体层(120)。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层(110)和所述第二氮化物半导体层(120)的材料相同或不同。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层(110)为N－型GaN或P－型GaN，所述第二氮化物半导体层(120)为本征GaN或N－型GaN。
进一步的，还包括露出所述第一沟槽层的(0001)面；或同时露出所述第一氮化物半导体层的(0001)和
Figure BDA0002448696140000021
面。
进一步的，其中还包括去除覆盖在所述第一氮化物半导体层
Figure BDA0002448696140000022
方向的所述第一化合物半导体层。
进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层
Figure BDA0002448696140000023
方向上形成第四绝缘层。
进一步的，其中当所述第二氮化物半导体层为N－型GaN时，所述P型掩埋层与所述第二氮化物半导体层形成PN结构。
进一步的，还包括在沉积所述第一化合物半导体层(130)之前，沉积形成第二化合物半导体层(160)。
进一步的，其中所述第二化合物半导体层(160)为非故意掺杂或本征的GaN；或者所述化合物半导体层160选自AlN、InGaN、AlInN或AlInGaN。
进一步的，还包括形成器件的第一电极、第二电极和第三电极。
进一步的，其中所述第一电极和第二电极与所述器件的所述氮化物半导体层进行物理接触，并与所述二维电子气欧姆接触；或者所述第一电极和第二电极与所述化合物半导体层进行物理接触，形成欧姆接触。
进一步的，其中所述第三电极与所述第一化合物半导体层形成肖特基接触或形成绝缘接触。
进一步的，其中所述绝缘接触为在所述第一化合物半导体层上对应于所述第三电极位置处形成一栅介质层。
进一步的，其中所述栅介质层的形成方法是通过MOCVD法形成所述第一化合物半导体层(130)后，在线(in－situ)同位生长所述栅介质层；或者所述栅介质层在与所述第一化合物半导体层(130)不同的生长设备中另行生长。
进一步的，其中所述第一电极、第三电极极和第二电极在大致垂直所述衬底的第一平面的方向上依序设置，所述第一电极和第二电极的位置能互换。
进一步的，还包括形成与所述掩埋层连接的体电极。
进一步的，其中通过与所述掩埋层物理接触形成所述体电极。
进一步的，其中通过与所述二维空穴气欧姆接触形成所述体电极，进而通过所述二维空穴气使得所述体电极与所述掩埋层电性连接。
进一步的，所述体电极使得所述器件被关闭时，耗尽第二和第三电极之间的全部或部分二维空穴气，进而仅剩下所述背景负电荷，从而器件关闭时耗尽的抵消所述背景正电荷产生的电场，使得所述电场分布更均匀。
进一步的，其中所述第二电极的形成方法进一步包括通过在所述衬底第一平面上形成第一金属层，各项同性刻蚀去除所述器件的所述第一化合物半导体层(0001)面上少量沉积的所述第一金属层。
进一步的，其中所述栅极的形成方法进一步包括在所述第一金属层上共面沉积形成第二绝缘层，所述第二绝缘层露出所述化合物半导体层130或所述栅介质层，然后再在所述第二绝缘层上形成第二金属层，各项同性刻蚀去除所述器件的所述第一化合物半导体层(0001)面上少量沉积的所述第二金属层。
进一步的，其中所述第一电极的形成方法进一步在所述第二金属层上共面沉积形成第三绝缘层，然后再在所述第三绝缘层上形成第三金属层，然后通过光刻刻蚀形成所述第一电极。
根据本公开内容的另一方面，提供一种鳍状电子沟道半导体器件，包括：
一衬底，其上形成一阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
以所述第三表面为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长的鳍状氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成所述第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层和所述氮化物半导体层的界面处形成二维电子气和/或所述二维空穴气。
进一步的，其中所述衬底选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及(110)面的硅或者(112)面的硅。
进一步的，其中所述氮化物半导体层包括第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层。
进一步的，其中所述第三表面选自Al2O3的(0001)面，4H－SiC的(0001)面以及硅的(111)面。
进一步的，其中在所述衬底的除所述第三表面外的其他表面上具有第一绝缘层。
进一步的，其中在所述衬底的所述第三表面上具有一籽晶层。
进一步的，其中在所述第一绝缘层上具有所述籽晶层材料形成的多晶或非晶层。
进一步的，其中在所述籽晶层外还具有一缓冲层，所述缓冲层具有单层或多层结构。
进一步的，其中在所述籽晶层外具有所述第一氮化物半导体层(110)。
进一步的，其中在所述缓冲层外具有所述第一氮化物半导体层(110)。
进一步的，其中在所述氮化物半导体层110上具有一P型掩埋层，所述P型掩埋层与所述二维电子气形成体二极管结构。
进一步的，其中所述第二氮化物半导体层形成在所述第一氮化物半导体层或所述掩埋层上。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层和所述第二氮化物半导体层的材料相同或不同。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层为N－或P－型GaN，所述第二氮化物半导体层为本征GaN或N－型GaN。
进一步的，其中还具有第二化合物半导体层(160)，所述第二化合物半导体层(160)为非故意掺杂的GaN，InGaN，AlN，AlInGaN。
进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层
Figure BDA0002448696140000041
方向上不具有所述第一化合物半导体层。
进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层＜0001＞方向上具有第四绝缘层。
进一步的，其中当所述第二氮化物半导体层为N型GaN时，所述第二氮化物半导体层与所述掩埋层形成体二极管结构。
进一步的，其中还具有第一电极、第二电极和第三电极。
进一步的，其中所述第一电极/第二电极与所述器件的所述氮化物半导体层进行物理接触，并与所述二维电子气欧姆接触；或者所述第一电极/第二电极与所述第一化合物半导体层进行物理接触，形成欧姆接触。
进一步的，其中所述第三电极与所述第一化合物半导体层形成肖特基接触或形成绝缘接触。
进一步的，其中绝缘接触是在所述第三电极和所述化合物半导体层130之间具有一栅介质层。
进一步的，其中所述第一、第三和第三电极在大致垂直所述衬底的第一平面的方向上依序设置；所述第一和第二电极的位置能互换。
进一步的，其中还具有一体电极，所述体电极与所述掩埋层电性连接，通过所述体电极的设置，在稳定阈值电压的同时使得所述掩埋层与所述二维电子气形成的体二极管导通相对于所述晶体管沟道电流方向反向的电流；或者通过所述体电极的连接，实现所述掩埋层与N－型GaN构成的所述第二氮化物半导体层形成的体二极管的电路应用。
进一步的，其中所述体电极与所述掩埋层物理连接，或者所述体电极通过所述二维空穴气欧姆接触。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层(110)中对应于第二电极区域进行N－型掺杂，所述第二氮化物半导体层(120)中对应于第一电极区域进行N－型掺杂。
根据本公开内容的另一方面，提供一种鳍状电子沟道半导体器件，包括：
一衬底，在垂直所述衬底的上表面外延生长鳍状的氮化物半导体层；
所述氮化物半导体层包括第一和第二氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气和/或所述二维电子气。
进一步的，其中所述衬底选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及(110)面的硅或者(112)面的硅。
进一步的，其中在所述衬底的上表面上具有第一绝缘层。
进一步的，其中在所述衬底上具有一籽晶层。
进一步的，其中在所述籽晶层外还具有一缓冲层，所述缓冲层具有单层或多层结构。
进一步的，其中第一和第二氮化物半导体层以平行所述衬底的上表面上下叠置。
进一步的，其中所述第一和第二氮化物半导体层之间夹有P型掩埋层。
进一步的，其中所述P型掩埋层与所述二维电子气形成体二极管结构。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层和所述第二氮化物半导体层的材料相同或不同。
进一步的，其中所述第一氮化物半导体层为N－或P－型GaN，所述第二氮化物半导体层为本征GaN或N－型GaN。
进一步的，其中还具有第二化合物半导体层(160)，所述第二化合物半导体层(160)为非故意掺杂的GaN，InGaN，AlN或AlInGaN。
进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层＜000－1＞方向上不具有所述第一化合物半导体层。
进一步的，其中在所述第一氮化物半导体层＜000－1＞方向上具有第四绝缘层。
进一步的，其中当所述第二氮化物半导体层为N型GaN时，所述第二氮化物半导体层与所述掩埋层形成体二极管结构。
进一步的，其中还具有第一电极、第二电极和第三电极。
进一步的，其中所述第一电极/第二电极与所述器件的所述氮化物半导体层进行物理接触，并与所述二维电子气欧姆接触；或者所述第一电极/第二电极与所述第一化合物半导体层进行物理接触，形成欧姆接触。
进一步的，其中所述第三电极与所述第一化合物半导体层形成肖特基接触或形成绝缘接触。
进一步的，其中绝缘接触是在所述第三电极和所述第一化合物半导体层之间具有一栅介质层。
进一步的，其中所述第一、第三和第三电极在大致垂直所述衬底的第一平面的方向上依序设置；所述第一和第二电极的位置能互换。
进一步的，其中还具有一体电极，所述体电极与所述掩埋层电性连接。
进一步的，其中所述体电极与所述掩埋层物理连接，或者所述体电极通过所述二维空穴气欧姆接触。
根据本公开内容的另一方面，提供一种鳍状互补型半导体器件，包括：
如前所述的电子沟道半导体器件，以及
多个空穴沟道半导体器件，其中所述空穴沟道半导体器件与所述电子沟道半导体器件结构相对设置。
进一步的，其中：所述空穴沟道器件具有第四、第五和第六电极。
进一步的，其中所述形成了第四－第六电极的所述空穴沟道器件与所述电子沟道半导体器件能对称设置。
进一步的，其中所述空穴沟道器件，在对应所述第六电极的所述第一氮化物半导体层处具有N型埋层。
进一步的，其中所述空穴沟道器件在对应的所述氮化物半导体层中对应于所述第四和第五电极处具有P－型掺杂。
进一步的，其中所述空穴沟道器件和所述电子沟道器件中同时具有N型和P型埋层。
根据本公开内容的另一方面，提供一种射频器件，其包括如前所述的任一项的器件。
根据本公开内容的另一方面，提供一种电力功率器件，其包括如前所述的任一项的器件。
本公开内容的方案至少能有助于实现如下效果之一：所述半导体器件结构能够减小栅极漏电流，具有高阈值电压、高功率、高可靠性，能够实现低导通电阻和器件的常关状态，能够提供稳定的阈值电压，从而使得半导体器件具有良好的开关特性，在使用中更安全。
本公开内容的方案还能有助于实现如下效果之一：可以在单位面积上可以实现更高的沟道密度；提升了器件的集成密度；所述器件的结构和制备工艺较为简单，能有效减低生产成本。
附图说明
下面参照附图说明本公开内容的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开内容的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开内容的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。在附图中：
图1－12示出了根据第一实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图13－15示出了根据第二实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图16－17示出了根据第三实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图18示出了根据第四实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图19－21示出了根据第五实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图22－25示出了根据第六实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图26－32示出了根据第七实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图33－34示出了根据第八实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图；
图35－36示出了根据第八实施方案的半导体器件结构及其制造方法的示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本公开内容的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本公开内容的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本公开内容的过程中可以做出很多特定于本公开内容的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本公开内容的不同而有所改变。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的器件结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。
应理解的是，本公开内容并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本公开内容中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。
在以下具体实施方案中可参照附图，附图形成了本公开内容的一部分并例示了示例性实施方案。此外，将理解的是，在不脱离所请求保护的主题的范围的情况下，可以利用其它实施方案并可以做出结构和/或逻辑改变。还应当指出，方向和参照(例如，上、下、顶部、底部、等等)仅用于帮助对附图中的特征的描述，并非在限制性意义上仅采用以下具体实施方案。
如在本公开内容的说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指示，单数形式“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式。还将理解的是，如本文中所使用的术语“和/或”指代并包括相关联的列出的项中的一个或多个的任何和所有可能的组合。
III族氮化物半导体主要有纤锌矿(Wurtzite)和闪锌矿(Zinc－blende)两种晶体结构。由于稳定性及较容易获得较高晶体质量的优势，实际应用的III族氮化物半导体通常具有纤锌矿结构。
因此具体地，本公开内容的半导体器件结构包括使用纤锌矿(Wurtzite)晶体结构的III族氮化物器件。进一步的，所述III族氮化物器件是常闭的氮化物半导体器件。
第一实施方案
参照图1－12来描述根据第一实施方案的鳍状半导体器件及其制备方法。
如图1－3所示，在第一实施方案中，所述半导体器件包括衬底100，所述衬底100可采用独立或块状的氮化镓材料，由于制备氮化镓体材料非常昂贵，一种可行的方式是将氮化镓半导体层在异质衬底上外延生长并制作器件。异质衬底材料主要有蓝宝石(Al2O3)、Si以及SiC等。其中蓝宝石的(0001)面，SiC的(0001)面以及Si的(111)面等都具有六角对称的晶格结构，适于作为异质生长的衬底，所述氮化镓半导体层在其上成核与生长，最有利于获得较高质量的GaN或AlN晶体。
进一步的，蓝宝石衬底由于其成本低，以及氮化镓外延层与蓝宝石衬底之间的晶格较为匹配，因此得到了大量的使用。若考虑到散热性，采用硅衬底制备氮化镓半导体层也越来越多，但采用硅衬底则需要考虑漏电流和耐压的问题。本公开的工艺流程对此进行了精心设计，能对避免硅衬底材料对器件性能产生影响，对提高耐压和减小暗电流都有明显帮助。
综上，所述异质衬底的材质可以根据实际需要选取，本公开内容并不限制所述衬底的具体材料，只要衬底材料能够满足在其表平面上形成的垂直其表平面的垂直沟槽的侧表面具有六角对称性的晶格结构即可。在本公开中衬底材料可以为蓝宝石(Al2O3)，SiC、硅以及独立或块状的本征氮化镓材料等。
本公开中如图1所示，一衬底100，其包括第一平面1001，在所述衬底100上通过蚀刻形成包含垂直衬底所述第一平面的第三表面的结构，示例性的，所述结构可为阶梯状结构，其由衬底100的第一平面1001，与所述第一平面平行的第二平面1002以及分别连接着所述第一平面1001和第二平面1002的一第三表面1003，所述第三表面具有六角对称性，示例性的，所述阶梯状的阶差高度约为5微米。
在所述第三表面上形成籽晶层101，所述籽晶层101可以在所述第三表面的部分表面上，或在所述第三表面的全部表面上。对于硅材料而言，由于Ga原子回熔效应的影响，诸如氮化镓的半导体层不能直接在衬底上生长，通常需要在衬底上生长如AlN、氮化镓籽晶层等结构才能进一步生长氮化镓外延层。而氮化镓层可以直接在Al2O3(蓝宝石)，SiC、或本征GaN上成核成长，但若从晶体控制质量的角度出发，也优选在工艺过程中引入籽晶层101。
以所述籽晶层101为核心，受所述衬底100的第二平面1002的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长氮化物半导体层110，然后继续侧向外延生长氮化物半导体层120。所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120的材料可以相同或不同。示例性的，所述氮化物半导体层110为N－型掺杂GaN层或者为P－型掺杂的GaN层；所述氮化物半导体层120为本征GaN层或者为N－型掺杂的GaN层。示例性的，所述N－或P－型的掺杂浓度可为1E17－1E20/cm3。可以理解的是，也可以不形成阶梯状结构，而在所述衬底100的上表面上形成籽晶层和所述氮化物半导体层，但应满足生长的方向性。
可选的，如图2所示，在所述籽晶层101和所述氮化物半导体层110之间还可以具有一半导体层140，所述半导体层用做缓冲层，所述半导体层可以具有单层或多层结构，所述半导体层的材料例如可以是AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInN和AlGaInN中一种或多种。
优选的，所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120中在后续对应于器件源/漏极的部分区域处，进行相应的N－型掺杂；所述掺杂可以有效地降低源/漏区域的接触电阻，所述N－型掺杂浓度可为1E17－1E20/cm3。
去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110上的所述氮化物半导体层120，露出所述氮化物半导体层110。在所述氮化物半导体层110和所述氮化物半导体层120上形成化合物半导体层130，例如AlGaN。
若所述氮化物半导体层110、氮化物半导体层120和化合物半导体层130采用III族氮化物半导体，由于III族氮化物半导体具有极性，因此可以在极性半导体的表面或两种不同的极性半导体界面处存在固定极化电荷。这些固定极化电荷的存在吸引可移动的空穴和电子从而形成二维空穴气2DHG和二维电子气2DEG。这些二维空穴气2DHG和二维电子气2DEG的产生不需要附加电场，也不依赖于半导体内的掺杂效应是自发产生的，由于不必掺杂，二维载流子气(二维空穴气和二维电子气)受到离子散射作用大大减少，因此具有较高的载流子迁移率。
去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110的
Figure BDA0002448696140000081
方向和＜0001＞上的所述氮化物半导体层120，露出所述氮化物半导体层110。在所述氮化物半导体层110和所述氮化物半导体层120上形成化合物半导体层130，例如AlGaN。从而在
Figure BDA0002448696140000082
方向的氮化物半导体层110和氮化物半导体层120内与所述化合物半导体层130交界的界面处形成二维空穴气2DHG，同时在＜0001＞方向的氮化物半导体层110和氮化物半导体层120内与所述化合物半导体层130交界的界面处形成二维电子气2DEG。
形成HEMT器件的第一电极200、第二电极210和第三电极220。所述第一电极200－第三电极220位置不做具体限定，其中所述第一电极可以是器件的源极，所述第二电极可以是器件的漏极，所述第三电极可以是器件的栅极；所述第一、二电极可以与所述器件的所述沟道层(110/120)进行物理接触，并与所述二维电子载流子气(2DEG)欧姆接触，或者所述第一、二电极直接与所述化合物半导体层130进行物理接触，并形成欧姆接触。以及所述第三电极220在所述化合物半导体层130上与化合物半导体层130能形成绝缘接触或者肖特基接触，其中所述绝缘层接触是指在所述第三电极和所述化合物半导体层130之间形成一栅介质层300，所述栅介质层可以是SiO2、SiN、高K介质材料等，所述栅介质层300可以起到对所述化合物半导体层130的表面钝化作用，对于降低器件的栅漏电流以及对器件应用在电力电子领域起到了非常重要的作用。
当所述栅极直接制作在化合物半导体层130上时，则具有较大的栅漏电流，此时，化合物半导体层130在保持足够高的禁带宽度时，也起到介质层的作用，但如此制成的器件则多应用在射频(RF)领域中。
示例性的，如图3所示，所述第一电极200、第二电极210和第三电极220可以在垂直所述衬底100的所述第一平面的方向上排列。其中所述第二电极210更靠近所述衬底100的所述第一平面1001。可以理解的是，所述第一电极也可以更靠近所述衬底100的所述第一平面1001。
现参照图4－12来详细描述用于制造第一实施方案的半导体器件的制造方法。
步骤1，如图4所示，提供一衬底100，在衬底100上形成光刻图形，然后在其上表面蚀刻形成阶梯状结构，示例性的，刻蚀的深度约为5微米。所述阶梯状结构由衬底100的第一平面1001，与所述第一平面1001平行的第二平面1002以及分别连接着所述第一平面1001和第二平面1002的一第三表面1003构成，其中所述第三表面具有六角对称的晶格结构，所述具有六角对称晶格结构的第三表面易于氮化物半导体的成核与生长，而其他表面则不易于氮化物半导体的成核与生长。
步骤2：如图5所示在所述第三表面上形成籽晶层101，所述籽晶层101可以形成在所述第三表面的部分表面上，或形成在所述第三表面的全部表面上。所述籽晶层材料，示例性的如GaN、ALN等。
对于硅材料而言，由于Ga原子回熔效应的影响，GaN不能直接在衬底上生长，通常需要在衬底上生长如籽晶层等结构才能进一步生长GaN外延层。
步骤3：如图6所示以所述籽晶层101为核心，受所述衬底100的第二平面1002的限制，沿着所述衬底的第三表面向上以及沿着所述衬底的第二平面向侧面外延生长一缓冲层140后再侧向外延生长氮化物半导体层110；可以理解的是，所述缓冲层非必须，因此可以如图7所示以所述籽晶层为核心侧面外延生长氮化物半导体层110。
步骤4：如图8所示，以所述氮化物半导体层110为核心，然后继续侧向外延生长氮化物半导体层120。所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120的材料可以相同或不同。例如，可以在侧向外延生长氮化物半导体层110的过程中进行N－型掺杂或P－型掺杂。可以理解的是，此处是以后续漏极形成在氮化物半导体层110为例，如果后续源极形成在氮化物半导体层110处，则在侧向外延生长所述氮化物半导体层120的过程中进行N－型掺杂或P－型掺杂。
进一步的，可以在所述氮化物半导体层120中在后续对应于器件形成第一和第二电极区域处(即漏/源区域处)，进行相应的N－掺杂，相应的掺杂可以有效地降低相应区域的接触电阻。
步骤5：如图9所示，同时去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110
Figure BDA0002448696140000091
方向上的所述氮化物半导体层120，露出所述氮化物半导体层110的
Figure BDA0002448696140000092
面和覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110＜0001＞方向上的所述氮化物半导体层120，露出所述氮化物半导体层110的(0001)面。然后如图10所示，在所述氮化物半导体层110和所述氮化物半导体层120上形成化合物半导体层130，例如AlGaN。从而在
Figure BDA0002448696140000101
方向的氮化物半导体层110和氮化物半导体层120内与所述化合物半导体层130交界的界面处形成2DHG以及不可移动的背景负电荷；在＜0001＞方向的氮化物半导体层110和氮化物半导体层120内与所述化合物半导体层130交界的界面处形成2DEG以及不可移动的背景正电荷。
步骤6：如图11所示，在＜0001＞方向的氮化物半导体层上形成器件的第一电极－第三电极；所述第一电极200(源极)、第二电极210(漏极)和第三电极220(栅极)的位置不做具体限定，所述第一、第二电极可以与所述器件的所述沟道层(110/120)进行物理接触，并与所述二维电子气(2DEG)欧姆接触，或者所述第一电极和所述第二电极直接与所述化合物半导体层130进行物理接触形成欧姆接触，以及所述第三电极在所述化合物半导体层130上与化合物半导体层130能形成绝缘接触或者肖特基接触。
其中所述绝缘层接触如图12所示是指在所述第三电极和所述化合物半导体层130之间形成一栅介质层300，所述栅介质层300的形成方法可以在MOCVD腔室内形成化合物半导体层130后，在线(in－situ)同位生长。所述栅介质层300的形成方法也可以在与所述化合物半导体层130不同的生长设备中单独生长。但应当指出，在线同位生长所述栅介质层的质量更好，因此，优选在线(in－situ)同位生长所述绝缘层。
所述栅介质层可以是二氧化硅、SiN、高K介质材料等，所述栅介质层300可以起到对所述化合物半导体层130的表面钝化作用，其对于降低器件的栅漏电流以及对器件应用在电力电子方面起到了非常重要的作用，如果所述第三电极直接制作在化合物半导体层130上，如此制成的器件则更多应用在射频(RF)器件中，因为相对于具有栅介质层的器件而言，其具有较大的栅漏电流
示例性的，所述第一电极－第三电极可以在垂直所述衬底100的所述第一平面的方向上排列。其中所述第二电极更靠近所述衬底100的所述第一平面1001。第三电极位于所述第二电极与所述第一电极之间。
优选的，当所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120中的N沟道的源极区域和漏极区域存在N－型掺杂的时候，所述第一电极和第二电极与所述器件的所述沟道层进行物理接触，如此更有利于降低欧姆接触电阻。
本实施方案通过所述第三表面上生长出的具有不规则横截面的鳍状的III族氮化物HEMT器件，极大提高器件的集成度，能有效降低栅漏电流，且制备工艺简单。
第二实施方案
参照图13－15来描述根据第二实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述第二实施方案与所述第一实施方案的结构和方法的区别仅在于：如图13所示在所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120之间还具有一P型掩埋层150。
其具体的制造方法为如图14所示，在步骤4中以所述AlN籽晶层为核心，受所述衬底100的第二平面1002的限制，侧向外延生长氮化物半导体层110后，再侧向外延生长氮化物半导体层120前，先进行侧向外延形成P型掩埋层，所述P型掩埋层示例性的为P型GaN层。然后以所述掩埋层为核心继续侧向外延生长氮化物半导体层120。覆盖在所述P型掩埋层掺杂浓度示例性的为1E17－1E20/cm3，更优的为1E+18/cm3－5E+19/cm3。所述P型GaN层可以耗尽所述沟道层中的二维电子气，进而导致所述器件具有常闭状态；可以理解的是，所述掺杂可以是渐变的，在此不再赘述。进一步的所述P型埋层在＜0001＞方向的投影落在所述第三电极在所述方向上的投影范围内，或与所述第三电极在所述方向上的投影有部分的重叠范围。所述P型掩埋层的设置，如其掺杂浓度、尺寸参数等可以通过器件参数设置以满足耗尽其上方95％－100％的二维电子气即可，二维电子气的浓度越高，相应的掺杂浓度可以随之提高。
然后如图15所示，同时去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110＜0001＞方向上的所述氮化物半导体层120和所述掩埋层，露出所述氮化物半导体层110的(0001)面和去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110
Figure BDA0002448696140000111
方向上的所述氮化物半导体层120和所述掩埋层，露出所述氮化物半导体层110的
Figure BDA0002448696140000112
面。
可以理解的是，在形成所述P型GaN层的同时，所述P型GaN层与所述二维电子气沟道也就同时实现了体二极管的结构。
进一步的，所述P型GaN层在导致器件可以具有常闭状态的情况下，还同时与所述二维电子气沟道之间形成了天然的整合制造在所述器件结构中的PN结构，其中所述二维电子气构成了该PN结构中的“N”部分。可以通过电极的连接将这种天然的PN结构进行各种电路应用。示例性的，在电路应用中，所述PN结构可以导通相对于HEMT电流方向反向的电流，丰富了电路的设计和功能。
第三实施方案
参照图16－17来描述根据第三实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述第三实施方案与所述第一/第二实施方案的区别仅在于：还具有一体电极230，所述体电极连接到所述P型掩埋层。示例性，如图16所示，所述体电极可以通过蚀刻所述化合物半导体层130、所述氮化物半导体层120的非极性或半极性面刻蚀出到达所述P型掩埋层的通孔后再进一步填充金属形成所述体电极230。
可以理解的是，所述体电极的形成方法还包括如图17所示，完全去除或部分去除覆盖在垂直于所述氮化物半导体层110
Figure BDA0002448696140000113
方向上的所述化合物半导体层130露出所述P型掩埋层，进而在露出的所述N型掩埋层上形成所述体电极230。
需要说明的是，当不存在所述体电极230时，P型半导体掩埋层的电势是浮动的，不利于稳定的控制器件的阈值电压。
此外，由所述P型掩埋层与所述N－型GaN半导体层120之间天然形成一PN结构，所述PN结构能通过第二电极(源电极)和体电极的电压的调整，丰富了电路的设计和功能。
第四实施方案
参照图18来描述根据第四实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述第四实施方案与所述第一/第二实施方案的区别仅在于：还具有一体电极230，所述体电极230与所述二维空穴气相接触。可以理解的是，所述体电极230与所述二维空穴气接触即可，不对其具体位置进行进一步的限制。示例性的，通过刻蚀
Figure BDA0002448696140000114
面的化合物半导体层130，露出所述
Figure BDA0002448696140000115
面的氮化物半导体层120，进而在所述氮化物半导体层120上形成所述体电极230，由于基于自发和压电效应在
Figure BDA0002448696140000116
方向的氮化物半导体层110和氮化物半导体层120内与所述化合物半导体层130交界的界面处基于自发和压电效应形成二维空穴气(2DHG)。所述体电极通过二维空穴气与P型氮化物半导体掩埋层电连接并控制其电位。
应当指出的是，当不存在所述体电极230时，P型半导体掩埋层的电势是浮动的，不利于稳定的控制器件的阈值电压，此时利用氮化物半导体层中自发形成的二维空穴气，并通过二维空穴气与P型半导体掩埋层间接电连接，控制P型掩埋层的电位，进而也使得体电极的设置更加灵活。进一步可以理解的是，上述实施方案二和实施方案三中的PN结构也可以通过本实施方案中的体电极与二维空穴气的连接方式，可在电路中应用所述PN结构，示例性的，使得所述PN结构可以导通相对于HEMT电流方向反向的电流，丰富电路的设计和功能。
进一步的，由于氮化物半导体层中在自发形成的二维空穴气时还存在不可移动的背景负电荷，所述背景负电荷吸引了所述的二维空穴气，从而所述体电极在器件的关闭过程中由于漏极电极处于高电压，2DEG被耗尽，剩下了背景正电荷，体电极与2DHG的连接由于电场作用也会耗尽位于栅和漏电极间的全部或部分2DHG并露出所述背景负电荷。所述背景负电荷可部分抵消背景正电荷产生的电场的分布并增加器件的耐压能力。
第五实施方案
参照图19－21来描述根据第五实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述第五实施方案与所述第二－第四实施方案的区别在于：在所述氮化物半导体层110、掩埋层和所述氮化物半导体层120上形成化合物半导体层130之前，还具有一化合物半导体层160。如图所示，其制作方法可以是，在实施方案一的步骤5中淀积形成化合物半导体层130前，先沉积形成一化合物半导体层160。所述化合物半导体层160可为低掺杂或非故意掺杂GaN。当所述掩埋层130在耗尽对应沟道处95－100％的2DEG的同时，由于离子散射等作用，从而会大幅升高器件导通时的电阻，当所述化合物半导体层160为低掺杂或非故意掺杂GaN时，所述化合物半导体层160的设置则可以显著降低P型半导体掩埋层所带来的离子散射作用，进而可以降低所述器件导通电阻。
此外，通过化合物半导体层160与氮化物半导体层110和氮化物半导体层120的禁带宽度的选择，获得所述化合物半导体层160进一步对所述电子载流子速度的影响，以及获得与所述化合物半导体层130更大的禁带宽度的差异方面都具有有益效果，且所述化合物半导体层160层在所述化合物半导体层130生长前进行，对工艺流程的改变小。示例性的，所述化合物半导体层160可以是InGaN、AlInGaN、AlInN或者AlN。
第六实施方案
参照图22－25来描述根据第六实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述第六实施方案与所述第一至第五实施方案的区别在于：在所述衬底除所述第三表面1003外的其他表面上形成有如图22所示的一绝缘层310。优选的所述绝缘层全部覆盖所述其他表面。
应当指出的是，当所述衬底为Si衬底时，由于所述Si衬底的(111)面与
Figure BDA0002448696140000121
面没有性质差异，因此所述衬底的所述第三表面1003可以是所述Si衬底的(111)面或
Figure BDA0002448696140000122
面。所述Si衬底可以是采用(110)或(112)面的Si衬底。通过所述绝缘层的设置可以防止生长时Ga原子对所述Si衬底的回熔作用。此外由于籽晶层，例如AlN的选区生长是很困难的，也就是说除了在硅的第三表面上生长形成单晶AlN外，在所述绝缘层310上也容易生成非晶或多晶的AlN。这些非晶或多晶的AlN对器件的结构和功能可能具有不良影响，因此会通过蚀刻所述非晶或多晶部分，或者生长时引入含Cl的腐蚀气体，例如Cl2或HCL气体，利用所述气体对单晶AlN和所述多晶/非晶AlN之间的蚀刻选择比，从而去除所述绝缘层310上的非晶或多晶AlN层，保留所述第三表面1003上的单晶AlN层。进而由于含有Ga材料的氮化物半导体难于在所述绝缘层上直接成核生长，从而可以使得该氮化物半导体只在所述第三表面形成的单晶AlN层上实现选择性生长。
可以理解的是，由于所述多晶或非晶的AlN层本质上也是一种绝缘层，含有Ga材料的氮化物半导体难于在所述多晶或非晶的AlN层上成核生长，因此也可以保留所述绝缘层310上的所述多晶或非晶的AlN层。优选的是将所述多晶或非晶的AlN层去除。
可以理解的是，在采用Al2O3或SiC衬底，那么上述绝缘层也可以不需要。这主要是因为Ga原子与Al2O3或SiC是兼容的，没有回熔现象。氮化物半导体在具有六角对称晶格结构的所述第三表面上更容易成核与生长，从而所述第三表面自然具有选区生长的能力。
进一步可以理解的是，在采用Al2O3或SiC衬底时，具有所述绝缘层则使得所述第三表面上的成核与生长的工艺窗口更大更可控。因此，在采用Al2O3或SiC衬底时，也优选为除所述第三表面1003外的其他表面上形成有一绝缘层310。
除所述第三表面1003外的其他表面上形成有一绝缘层310的方法示例性如下。
如图23－25所示，在所述衬底上蚀刻形成一凸台形状，所述凸台具有相对的两个第三表面，示例性的，当所述衬底为硅时，所述第三表面为硅的(111)面。然后在所述第三表面上通过使用LPCVD等技术生长SiN，通过具有垂直取向的刻蚀技术，仅保留在侧壁的SiN。然后通过氧化技术生长SiO2，所述第三表面由于有SiN的保护，因此没有SiO2的生长，而在所述硅片的其他表面上形成了一SiO2层。接着，在利用SiN和SiO2的刻蚀选择比，通过热磷酸等湿法蚀刻工艺，刻蚀掉所述第三表面的SiN而保留其他表面上的大部分二氧化硅。
所述绝缘层的设计能有效避免衬底材料对器件性能产生影响，对提高耐压和减小暗电流有明显的作用。
第七实施方案
参照图26－32来描述根据第七实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
所述源极、漏极和栅极的制作方法示例性说明如下。
在形成HEMT器件后，通过沉积及剥离或沉积及激光定位刻蚀等方法在所述衬底第一平面上形成的第一绝缘层310上形成较厚的第一金属层210，所述第一金属层除了在所述第一绝缘层上沉积外，在所述器件化合物半导体层130的(0001)面上也会有少量沉积，然后通过各项同性刻蚀去除所述器件化合物半导体层130的(0001)面上的所述金属层。然后在所述第一金属层上共面沉积形成第二绝缘层320，通过CMP结合回刻或精确控制所述第二绝缘层320的生长厚度，使得所述第二绝缘层的高度设置在所述器件的栅极区域处，露出栅极区域处的化合物半导体层130或所述栅介质层。然后与第一金属层形成方法类似的，在所述第二绝缘层上形成第二金属层220，同样的，所述第二金属层除了在所述第二绝缘层上沉积外，在所述器件化合物半导体层130的(0001)面上也会有少量沉积，然后通过各项同性刻蚀去除所述器件化合物半导体层130的(0001)面上的所述金属层。接着，继续在所述第二金属层上共面沉积形成一第三绝缘层330，通过回刻或精确控制所述第三绝缘层的生长厚度，使得所述第三绝缘层的高度设置在所述器件的源极区域处，露出源极区域处的化合物半导体层130或所述氮化物半导体层120。然后类似的，在所述第三绝缘层上形成第三金属层200，然后通过光刻刻蚀形成所述第一电极200。从而如图所示，同时在两个器件之间形成栅极、源极和漏极。
可以理解的是，所述第一电极和第二电极的位置可以互相交换，第一电极和第二电极可以通过退火等步骤与所述二维电子气形成欧姆接触。所述第三电极与所述化合物半导体层130形成肖特基接触或者被栅介质与化合物半导体层130绝缘隔开。
第八实施方案
参照图33－34来描述根据第八实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
如前所述，上述衬底的上述特定面上生长有III族氮化物半导体沟道层和化合物半导体层130，例如GaN材料或AlGaN材料其表面是(0001)面或
Figure BDA0002448696140000141
面时，都具有镓极性或氮极性，即具有＜0001＞或
Figure BDA0002448696140000142
取向。从而在＜0001＞方向的沟道层内靠近沟道层和化合物半导体层130界面处有2DEG，在＜000－1＞方向的沟道层内靠近沟道层和化合物半导体层130界面处有2DHG。
所述第八实施方案与除了第四实施方案之外的其他实施方案的区别在于：如图33所示去除在＜000－1＞方向上的所述化合物半导体层130，从而无法再在
Figure BDA0002448696140000143
方向上形成二维电子气2DHG。或者如图34所示在所述III族氮化物半导体沟道层的
Figure BDA0002448696140000144
面上形成第四绝缘层340以保护所述沟道层的
Figure BDA0002448696140000145
面。可以理解的是，所述第四绝缘层340作为保护绝缘层可以延伸到所述III族氮化物半导体沟道层平行所述衬底第一和第二平面的非极性面上。
所述二维电子气2DHG的存在，会对源极、漏极和栅极的电势变化产生响应，从而增加寄生电容和漏电通道。
第九实施方案
参照图35来描述根据第九实施方案的III族氮化物器件及其制备方法。
第九实施方案所述的III族氮化物器件包括如前述实施方案中的多个电子沟道的III族氮化物器件，以及还包括多个空穴沟道的III族氮化物器件。其中所述空穴沟道的III族氮化物器件与所述电子沟道的III族氮化物器件相应设置。
可以理解的，与所述电子沟道的III族氮化物器件对应的，在
Figure BDA0002448696140000146
方向的所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120形成第四电极240、第五电极250和第六电极260。所述第四－第六电极位置不做具体限定。从而所述第四电极可以是空穴沟道器件的源极，所述第五电极可以是空穴沟道器件的漏极，所述第六电极可以是空穴沟道器件的栅极。所述第四、第五电极可以分别与所述器件的所述沟道层(110/120)进行物理接触，并与所述二维空穴气欧姆接触，或者所述第四、第五电极直接与所述化合物半导体层130进行物理接触形成欧姆接触。以及所述第六电极260分别在所述化合物半导体层130上与化合物半导体层130形成绝缘接触或者肖特基接触，其中所述绝缘层接触是指在所述第六电极260和所述化合物半导体层130之间形成一栅介质层300，所述栅介质层可以是SiO2、高K介质材料等，所述栅介质层300可以起到对所述化合物半导体层130的表面钝化作用，对于降低器件的栅漏电流以及对器件应用在电力电子领域起到了非常重要的作用，如果所述栅介质层直接制作在化合物半导体层130上，则具有较大的栅漏电流，如此制成的器件则多应用在射频(RF)领域中。
示例性的，所述第四－第六电极可以在垂直所述衬底100的所述第一平面的方向上排列。其中所述第五电极更靠近所述衬底100的所述第一平面1001。可以理解的是，所述第四电极也可以更靠近所述衬底100的所述第一平面1001。第六电极位于所述第五电极与所述第四电极之间。
可以理解的，与所述电子沟道III族氮化物器件对应的，所述空穴沟道的III族氮化物器件在所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120中在后续对应于器件的源/漏极区域处，进行相应的P－型掺杂。如此更有利于降低欧姆接触电阻；
可以理解的，与所述电子沟道的III族氮化物器件对应的，所述空穴沟道中具有N－型埋层。进一步可以理解的是，可以通过相应的设计使得所述P－型掺杂中的一个与所述电子沟道的III族氮化物器件的掩埋层重合；或者使得所述电子沟道的III族氮化物器件在所述氮化物半导体层110和氮化物半导体层120中在后续对应于器件的源/漏极区域处，进行相应的N－型掺杂与所述空穴沟道的III族氮化物器件的N型掩埋层重合。
可以理解的，如图36所示可以在所述氮化物半导体层中同时具有P－型埋层和N－型埋层，当要形成所述电子沟道的III族氮化物器件时，在所述P－型埋层处形成栅极；当要形成所述空穴沟道的III族氮化物器件时，在所述N－型埋层处形成栅极。
其余的所述电子沟道的III族氮化物器件与所述空穴沟道的III族氮化物器件的结构类似，在此不再赘述。
本实施方案通过所述具有不规则横截面的鳍状的III族氮化物器件上的相应极化面上电极的设定，可以同时形成所述HHMT和HEMT器件，极大提高器件的集成度，能有效降低栅漏电流，且制备工艺简单，进一步的，通过所述HHMT和HEMT器件形成互补型的器件。
第十实施方案
一种射频电子器件，例如个人计算机，手机，数码相机等其它电子设备。包括上述实施方案中的器件中的任一种。
第十一实施方案
一种电力电子器件，所述电力电子器可以用于移动电话基站、光通信系统等领域中的功率放大器，或者可以是一种电源器件，所述电力电子器件可以包括上述实施方案中的器件的任一种。
以上结合具体的实施方案对本公开内容进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本公开内容的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本公开内容的精神和原理对本公开内容做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本公开内容的范围内。

Claims (10)

1.一种鳍状电子沟道半导体器件的制造方法，包括：
提供一衬底，在其上表面刻蚀出阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
从所述第三表面处为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长鳍状的氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气及不可移动的背景负电荷；和/或所述二维电子气及不可移动的背景正电荷。
2.如权利要求1中任一项所述的方法，还包括形成与所述掩埋层连接的体电极。
3.一种鳍状电子沟道半导体器件，包括：
一衬底，其上形成一阶梯状结构，所述阶梯状结构具有大致平行的第一平面和第二平面，以及分别连接第一平面和第二平面的第三表面，且所述第三表面的晶格具有六角对称性；
以所述第三表面为核心，受所述第二平面的限制，垂直所述第二平面向上侧向外延生长的鳍状氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成所述第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层和所述氮化物半导体层的界面处形成二维电子气和/或所述二维空穴气。
4.如权利要求3所述的器件，其中所述衬底选自Al2O3、本征GaN、4H－SiC以及(110)面的硅或者(112)面的硅。
5.一种鳍状电子沟道半导体器件，包括：
一衬底，在垂直所述衬底的上表面外延生长鳍状的氮化物半导体层；
所述氮化物半导体层包括第一和第二氮化物半导体层；
在所述氮化物半导体层上形成第一化合物半导体层(130)，从而同时在所述第一化合物半导体层(130)和所述氮化物半导体层的界面处形成二维空穴气和/或所述二维电子气。
6.如权利要求5所述的器件，其中所述第一和第二氮化物半导体层之间夹有P型掩埋层。
7.如权利要求6所述的器件，其中所述P型掩埋层与所述二维电子气形成体二极管结构。
8.一种鳍状互补型半导体器件，包括：
如权利要求1－7中任一项所述的电子沟道半导体器件，以及
多个空穴沟道半导体器件，其中所述空穴沟道半导体器件与所述电子沟道半导体器件结构相对设置。
9.一种射频器件，其包括权利要求1－8中任一项的器件。
10.一种电力功率器件，其包括权利要求1－8中任一项的器件。
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