CN117147637B - 氮化镓气体传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了氮化镓气体传感器及其制备方法。该氮化镓气体传感器包括：氮化镓衬底的一侧具有凹槽；缓冲层设置在氮化镓衬底且靠近凹槽的一侧，缓冲层与凹槽的内壁无接触；沟道层设置在缓冲层的一侧；插入层设置在沟道层的一侧；势垒层设置在插入层的表面上；帽层设置在势垒层的表面上；栅极设置在帽层的表面上，栅极的形成材料包括气敏材料；至少一个第一通孔贯穿缓冲层和沟道层且连通凹槽，第一通孔位于插入层的周边。由此，通过设置凹槽，可以形成悬膜式结构作为气体传感器，该悬膜式结构的气体传感器，可以有效的释放应力；在工艺上，该悬膜结构可以利用正面各向同性刻蚀工艺制备，可简化工艺流程；有助于降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体的，涉及氮化镓气体传感器及其制备方法。
背景技术
气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用信息的装置，广泛应用于各行各业。常见的气体传感器类型有电化学式、催化燃烧式、热导式、红外式、以及半导体式气体传感器等。其中，半导体式气体传感器具有原材料丰富、成本低、工艺成熟、待测气体品种多、寿命长、信号处理简单等优势，得到了广泛关注。对于半导体式气体传感器，更高的工作温度有利于提高气体检测的选择性、灵敏度和响应/恢复时间，由于硅的窄能带，器件的工作温度被限制在200℃以下，极大地限制了器件性能。
相较于硅（Si）、二氧化硅（SiO2）等传统材料，第三代半导体材料氮化镓（GaN）的禁带宽度为3.4 eV，具有耐腐蚀性、化学稳定性高、耐高温等优势，可以在更高的温度下工作以提升气体检测性能，用于制备气体传感器具有显著的材料性能优势。氮化镓气体传感器需要在高温下工作以提高气敏性能，工作温度的提升通常需要高功耗加热器，难以满足大部分应用场景。氮化镓气体传感器可检测气体的种类与气敏材料有关，同一结构的传感器难以适配多种气敏材料，增加了不同气体传感器的研发难度、研发成本和研发时间。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种氮化镓气体传感器，该氮化镓气体传感器可以降低制备工艺难度或降低功耗。
在本发明的实施例中，本发明提供了一种氮化镓气体传感器。根据本发明的实施例，该氮化镓气体传感器包括：氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的一侧具有凹槽；缓冲层，所述缓冲层设置在氮化镓衬底且靠近所述凹槽的一侧，且所述缓冲层与所述凹槽的内壁无接触；沟道层，所述沟道层设置在所述缓冲层远离所述氮化镓衬底的一侧；插入层，所述插入层设置在所述沟道层远离所述氮化镓衬底的一侧，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽内部，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影与所述凹槽不重叠；势垒层，所述势垒层设置在所述插入层远离所述氮化镓衬底的表面上；帽层，所述帽层设置在所述势垒层远离所述氮化镓衬底的表面上；栅极，所述栅极设置在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上，且所述栅极的形成材料包括气敏材料；至少一个第一通孔，所述第一通孔贯穿所述缓冲层和所述沟道层且连通所述凹槽，且所述第一通孔位于所述插入层的周边。由此，通过在氮化镓衬底靠近缓冲层的一侧设置凹槽，可以形成悬膜式结构作为气体传感器，该悬膜式结构的气体传感器，可以有效的释放工艺制备过程中GaN层对衬底的应力，以及微型加热器在加热过程中的热应力，还有对氮化镓气体传感器封装时导致的应力；在工艺上，该悬膜结构可以利用正面各向同性刻蚀工艺制备，避免常规使用的背面工艺难点，简化工艺流程；而且，在加热器进行加热时，悬膜结构会极大降低加热器在高温时的热传导，从而降低功耗。
根据本发明的实施例，该氮化镓气体传感器还包括：第一钝化层，所述第一钝化层覆盖所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面以及未被所述沟道层覆盖的所述缓冲层远离所述氮化镓衬底的表面；至少一个微型加热器，所述微型加热器设置在所述第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上，且位于所述第一通孔靠近和/或远离所述插入层的一侧。
根据本发明的实施例，该氮化镓气体传感器还包括：第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极分别间隔设置在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上，且所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极均与所述栅极间隔设置；源极和漏极，所述源极和所述漏极分别与所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极远离所述氮化镓衬底的表面接触设置。
根据本发明的实施例，该氮化镓气体传感器还包括：第二钝化层，所述第二钝化层设置在第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上，且覆盖所述源极和所述漏极；第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层，并暴露出所述帽层的部分表面，其中，所述栅极设置在所述第二通孔中。
根据本发明的实施例，所述氮化镓衬底的所述凹槽的深度为50~400 μm。
根据本发明的实施例，所述缓冲层的材料为氮化镓，所述沟道层的材料为氮化镓，所述插入层的材料为氮化铝，所述势垒层的材料为铝掺杂氮化镓，所述帽层的材料为氮化镓，任选的，所述缓冲层厚度为0.5~10 μm，所述GaN沟道层厚度为0.2~10 μm，所述势垒层厚度为10~1000 nm。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的氮化镓气体传感器的方法。根据本发明的实施例，制备氮化镓气体传感器的方法包括：在氮化镓衬底的一侧表面形成缓冲层；在缓冲层远离所述氮化镓衬底的一侧形成沟道层；在所述沟道层远离所述氮化镓衬底的一侧形成初始插入层；在所述初始插入层远离所述氮化镓衬底的表面上形成初始势垒层；在所述初始势垒层远离所述氮化镓衬底的表面上形成初始帽层；对所述预定区域的初始帽层、初始势垒层和初始插入层进行刻蚀，形成刻蚀台面，得到插入层、势垒层和帽层，并暴露出预定区域处的所述沟道层；在所述帽层远离氮化镓衬底的表面上沉积气敏材料，形成栅极；在所述刻蚀台面处通过各向同性刻蚀所述氮化镓衬底，使得所述氮化镓衬底靠近所述缓冲层的表面形成凹槽，其中，所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽内部，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽不重叠，而且，在所述各向同性刻蚀过程中，同时形成至少一个第一通孔，所述第一通孔贯穿所述缓冲层和所述沟道层且连通所述凹槽，且所述第一通孔位于所述插入层的周边。由此，通过形成凹槽，可以形成悬膜式结构作为气体传感器，该悬膜式结构的气体传感器，可以有效的释放工艺制备过程中GaN层对衬底的应力，以及微型加热器在加热过程中的热应力，还有对氮化镓气体传感器封装时导致的应力；在工艺上，该悬膜结构可以利用正面各向同性刻蚀工艺制备，避免常规使用的背面工艺难点，简化工艺流程；而且，在加热器进行加热时，悬膜结构会极大降低加热器在高温时的热传导，从而降低功耗。
根据本发明的实施例，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面以及未被所述沟道层覆盖的所述缓冲层远离所述氮化镓衬底的表面形成第一钝化层；在所述第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上形成至少一个微型加热器，且所述微型加热器位于所述第一通孔靠近和/或远离所述插入层的一侧。
根据本发明的实施例，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在形成所述第一钝化层之前，在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上分别间隔形成第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，且所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极均与所述栅极间隔设置；在形成所述第一钝化层之后，对所述第一钝化层进行刻蚀，暴露出所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极远离所述氮化镓衬底的部分表面；分别在暴露的所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极的表面上形成源极和漏极。
根据本发明的实施例，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上形成第二钝化层，且所述第二钝化层覆盖所述源极和所述漏极；形成贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层的第二通孔，所述第二通孔暴露出所述帽层的部分表面，其中，所述栅极形成在所述第二通孔中。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例中氮化镓气体传感器的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例中氮化镓气体传感器的结构示意图；
图3是本发明又一个实施例中氮化镓气体传感器的结构示意图；
图4是本发明又一个实施例中氮化镓气体传感器的结构示意图；
图5是本发明又一个实施例中制备氮化镓气体传感器的流程示意图；
图6是本发明又一个实施例中制备氮化镓气体传感器的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
在本发明的实施例中，本发明提供了一种氮化镓气体传感器。根据本发明的实施例，参照图1，该氮化镓气体传感器包括：氮化镓衬底10，氮化镓衬底10的一侧具有凹槽11；缓冲层20，缓冲层20设置在氮化镓衬底10且靠近凹槽11的一侧，且缓冲层20与凹槽11的内壁无接触；沟道层30，沟道层30设置在缓冲层20远离氮化镓衬底10的一侧；插入层40，插入层40设置在沟道层30远离氮化镓衬底10的一侧，且插入层40在氮化镓衬底10上的正投影位于凹槽11的内部，且插入层40在氮化镓衬底10上的正投影与凹槽11不重叠；势垒层50，势垒层50设置在插入层40远离氮化镓衬底10的表面上；帽层60，帽层60设置在势垒层50远离氮化镓衬底10的表面上；栅极70，栅极70设置在帽层60远离氮化镓衬底10的表面上，且栅极70的形成材料包括气敏材料；至少一个第一通孔01，第一通孔01贯穿缓冲层20和沟道层30且连通凹槽11，且第一通孔01位于插入层40的周边。由此，通过在氮化镓衬底靠近缓冲层的一侧设置凹槽，可以形成悬膜式结构作为气体传感器，该悬膜式结构的气体传感器，可以有效的释放工艺制备过程中GaN层对衬底的应力，以及微型加热器在加热过程中的热应力，还有对氮化镓气体传感器封装时导致的应力；在工艺上，该悬膜结构可以利用正面各向同性刻蚀工艺制备，避免常规使用的背面工艺难点，简化工艺流程；而且，在加热器进行加热时，悬膜结构会极大降低加热器在高温时的热传导，从而降低功耗；另外，形成栅极的气敏材料的具体种类本领域技术人员可以根据需要检测的气体的具体种类进行灵活选择，即是说本发明的气敏材料具有广泛的可选择性，可以满足不同气体的探测需求，降低研发时间和研发成本。
在本发明的实施例中，气敏材料可以为TiO2、WO3、ZrO2或Pt等材料，本领域技术人员根据需要检测的气体的具体种类进行灵活选择气敏材料的具体材料。
在本发明的一些实施例，缓冲层的材料为氮化镓，沟道层的材料为氮化镓（GaN），插入层的材料为氮化铝（AlN），势垒层的材料为铝掺杂氮化镓（AlGaN），帽层的材料为氮化镓（GaN）。如此，氮化镓气体传感器的性能较佳。在本发明的一些实施例中，氮化镓气体传感器进行检测气体的原理如下：GaN沟道层/AlN插入层/AlGaN势垒层/GaN帽层形成的异质结构中，由于压电极化和自极化效应形成高电子迁移率的二维电子气（2DEG），实现源极漏极之间的电子运输，降低高温对电学性质的影响。一方面，栅极处的气敏材料可以与检测气体反应，影响栅极附近的二维电子气浓度，另一方面，极性的待检测气体会改变气敏材料和AlGaN表面的电势，导致HEMT器件（高电子迁移率晶体管）源漏电流发生变化。通过测量源漏极之间的电流，将气体的成分、浓度等信号转化成电流信号输出，从而实现对探测气体的传感和探测。
在本发明的一些实施例，氮化镓衬底的凹槽的深度为50~400 μm，比如为50μm、80μm、100μm、12μm、150μm、170μm、200μm、225μm、250μm、275μm、300μm、325μm、350μm、375μm、400μm等。如此，既可以有效的释放应力，还以保证衬底的支撑能力，即保证衬底的力学性能，不会使其凹槽的设置而出现破裂等不良现象。
在本发明的一些实施例，缓冲层厚度为0.5~10 μm，比如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm；所述GaN沟道层厚度为0.2~10μm，比如0.2μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm；势垒层厚度为10~1000 nm，比如10 nm、50 nm、100 nm、150 nm、200 nm、300 nm、350 nm、400 nm、450 nm、500 nm、600 nm、700 nm、800 nm、900 nm、1000 nm。
在本发明的一些实施例，参照图2，该氮化镓气体传感器还包括：第一钝化层81，第一钝化层81覆盖帽层60远离氮化镓衬底10的表面以及未被插入层40覆盖的缓冲层30远离氮化镓衬底10的表面；至少一个微型加热器90，微型加热器90设置在第一钝化层81远离氮化镓衬底10的表面上，且位于第一通孔01靠近和/或远离插入层40的一侧。在不设置插入层、势垒层、帽层的沟道层区域处的台面区域集成微型加热器，能够以极低的功耗加热氮化镓气体传感器，快速达到最佳工作温度，如此更好的适用于各种不用的应用场景；而且可以使得本发明的氮化镓气体传感器可以在低功耗的条件下提升感应区的温度，提高氮化镓气体传感器的气体检测的选择性、灵敏度，减少响应/恢复时间。进一步的，在一些实施例中，还可以第一钝化层81的表面上形成与微型加热器同步骤工艺得到的导热线91，用于与微型加热器90连接（图中未示出），用于对微型加热器的打线封装。
在本发明的一些实施例，参照图3，该氮化镓气体传感器还包括：第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102，第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102分别间隔设置在帽层60远离氮化镓衬底10的表面上，且第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102均与栅极70间隔设置；源极111和漏极112，源极111和漏极112分别与第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102远离氮化镓衬底10的表面接触设置。进一步的，还可以在台面区域形成与源极漏极同步骤工艺得到的走线103，用于连接源极和漏极，用于打线封装。
在本发明的一些实施例中，源极和漏极的结构可以为Ti/Au/Ti多层的复合金属层，即走线103的结构也可以为Ti/Au/Ti多层的复合金属层；微型加热器的结构可以为Ti/Au/Ti多层的Ti/Pt/Ti多层的复合金属层，即导热线91的结构也可以为Ti/Pt/Ti多层的复合金属层。
在本发明的一些实施例，参照图3，该氮化镓气体传感器还包括：第二钝化层82，第二钝化层82设置在第一钝化层81远离氮化镓衬底10的表面上，且覆盖源极111和漏极112；第二通孔02，第二通孔02贯穿第一钝化层81和第二钝化层82，并暴露出帽层60的部分表面，其中，栅极70设置在第二通孔02中。在工艺步骤中，可以在形成第一钝化层和第二钝化层之后，形成第二通孔，在第二通孔中沉积气敏材料形成栅极70。
在本发明的一些实施例中，氮化镓气体传感器中部分结构的平面示意图可参照图4，刻蚀台面00为图4中中间的方形区域，源极111和漏极112分别通过走线103与第一封装结构1030连接，用于对源极和漏极的封装，微型加热器90通过导热线91对微型加热器的打线封装。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的氮化镓气体传感器的方法。根据本发明的实施例，参照图5，制备氮化镓气体传感器的方法包括：
在氮化镓衬底10的一侧表面形成缓冲层20；
在缓冲层20远离氮化镓衬底10的一侧形成沟道层30；
在沟道层30远离氮化镓衬底10的一侧形成初始插入层41；
在初始插入层40远离氮化镓衬底10的表面上形成初始势垒层51；
在初始势垒层51远离氮化镓衬底10的表面上形成初始帽层61；
对预定区域的初始帽层61、初始势垒层51和初始插入层41进行刻蚀，形成刻蚀台面，得到插入层40、势垒层50和帽层60，并暴露出预定区域处的沟道层（即刻蚀台面为暴露的沟道层）；其中，可以采用电感耦合等离子体（ICP）进行刻蚀得到刻蚀台面。
在帽层60远离氮化镓衬底10的表面上沉积气敏材料，形成栅极70；
在刻蚀台面处通过各向同性刻蚀氮化镓衬底10，使得氮化镓衬底10靠近缓冲层20的表面形成凹槽11，其中，插入层40在氮化镓衬底10上的正投影位于凹槽11内部，且插入层40在氮化镓衬底10上的正投影位于凹槽11不重叠，在各向同性刻蚀过程中，同时形成至少一个第一通孔01，第一通孔01贯穿缓冲层20和沟道层30且连通凹槽11，且第一通孔01位于插入层40的周边。
在本发明的一些实施例中，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在帽层60远离氮化镓衬底10的表面以及未被沟道层覆盖的缓冲层20远离氮化镓衬底10的表面形成第一钝化层81；在第一钝化层81远离氮化镓衬底10的表面上形成至少一个微型加热器90，且微型加热器90位于第一通孔01靠近和/或远离插入层40的一侧，结构示意图可参照图2。在不设置插入层、势垒层、帽层的沟道层区域处的台面区域集成微型加热器，能够以极低的功耗加热氮化镓气体传感器，快速达到最佳工作温度，如此更好的适用于各种不用的应用场景；而且可以使得本发明的氮化镓气体传感器可以在低功耗的条件下提升感应区的温度，提高氮化镓气体传感器的气体检测的选择性、灵敏度，减少响应/恢复时间。进一步的，在一些实施例中，还可以第一钝化层81的表面上形成与微型加热器同步骤工艺得到的导热线91，用于与微型加热器90连接（图中未示出），用于对微型加热器的打线封装。
在本发明的一些实施例中，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在形成第一钝化层81之前，在帽层70远离氮化镓衬底10的表面上分别间隔形成第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102，且第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102均与栅极70间隔设置，在第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102形成后，可进一步的进行退火处理，得到良好的欧姆接触，与二维电子气连接；在形成第一钝化层81之后，对第一钝化层81进行刻蚀，暴露出第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102远离氮化镓衬底10的部分表面；分别在暴露的第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102的表面上形成源极111和漏极112，结构示意图可参照图3。进一步的，还可以在台面区域形成与源极漏极同步骤工艺得到的走线103，用于连接源极和漏极，用于打线封装。
在本发明的一些实施例中，制备氮化镓气体传感器的方法还包括：在第一钝化层81远离氮化镓衬底10的表面上形成第二钝化层82，且第二钝化层82覆盖源极111和漏极112；形成贯穿第一钝化层和第二钝化层的第二通孔02，第二通孔02暴露出帽层60的部分表面，其中，栅极70形成在所述第二通孔02中。在工艺步骤中，可以在形成第一钝化层和第二钝化层之后，形成第二通孔，在第二通孔中沉积气敏材料形成栅极70。
在本发明的一些实施例中，形成上述各个结构的整体步骤可以如图6所示，先在帽层60的表面上沉积形成第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102；之后再形成第一钝化层81；在第一钝化层远离氮化镓衬底10的表面上形成至少一个微型加热器90；之后再形成第二钝化层；对第二钝化层进行图案化，暴露出帽层60的部分表面，第一欧姆接触电极101和第二欧姆接触电极102的表面以及导热线91；然后再形成源极111、漏极112和走线103，以及形成栅极70；最后在刻蚀台面处通过各向同性刻蚀氮化镓衬底10，使得氮化镓衬底10靠近缓冲层20的表面形成凹槽11，其中，插入层40在氮化镓衬底10上的正投影位于凹槽11内部，且插入层40在氮化镓衬底10上的正投影位于凹槽11不重叠，在各向同性刻蚀过程中，同时形成至少一个第一通孔01，第一通孔01贯穿缓冲层20和沟道层30且连通凹槽11，且第一通孔01位于插入层40的周边，得到悬膜式结构作为气体传感器。进一步的，第一通孔01还可以贯穿第一通孔01处的第一钝化层和第二钝化层。
根据本发明的实施例，通过形成凹槽，可以形成悬膜式结构作为气体传感器，该悬膜式结构的气体传感器，可以有效的释放工艺制备过程中GaN层对衬底的应力，以及微型加热器在加热过程中的热应力，还有对氮化镓气体传感器封装时导致的应力；在工艺上，该悬膜结构可以利用正面各向同性刻蚀工艺制备，避免常规使用的背面工艺难点，简化工艺流程；而且，在加热器进行加热时，悬膜结构会极大降低加热器在高温时的热传导，从而降低功耗；再者，通过集成微型加热器，能够以极低的功耗加热氮化镓气体传感器，快速达到最佳工作温度，如此更好的适用于各种不用的应用场景；而且可以使得本发明的氮化镓气体传感器可以在低功耗的条件下提升感应区的温度，提高氮化镓气体传感器的气体检测的选择性、灵敏度，减少响应/恢复时间。
文中术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种氮化镓气体传感器，其特征在于，包括：
氮化镓衬底，所述氮化镓衬底的一侧具有凹槽；
缓冲层，所述缓冲层设置在所述氮化镓衬底且靠近所述凹槽的一侧，且所述缓冲层与所述凹槽的内壁无接触；
沟道层，所述沟道层设置在所述缓冲层远离所述氮化镓衬底的一侧；
插入层，所述插入层设置在所述沟道层远离所述氮化镓衬底的一侧，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽内部，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影与所述凹槽不重叠；
势垒层，所述势垒层设置在所述插入层远离所述氮化镓衬底的表面上；
帽层，所述帽层设置在所述势垒层远离所述氮化镓衬底的表面上；
栅极，所述栅极设置在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上，且所述栅极的形成材料包括气敏材料；
至少一个第一通孔，所述第一通孔贯穿所述缓冲层和所述沟道层且连通所述凹槽，且所述第一通孔位于所述插入层的周边，
其中，所述氮化镓衬底的所述凹槽的深度为50~400 μm。
2.根据权利要求1所述的氮化镓气体传感器，其特征在于，还包括：
第一钝化层，所述第一钝化层覆盖所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面以及未被所述插入层覆盖的所述沟道层远离所述氮化镓衬底的表面；
至少一个微型加热器，所述微型加热器设置在所述第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上，且位于所述第一通孔靠近和/或远离所述插入层的一侧。
3.根据权利要求2所述的氮化镓气体传感器，其特征在于，还包括：
第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极分别间隔设置在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上，且所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极均与所述栅极间隔设置；
源极和漏极，所述源极和所述漏极分别与所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极远离所述氮化镓衬底的表面接触设置。
4.根据权利要求3所述的氮化镓气体传感器，其特征在于，还包括：
第二钝化层，所述第二钝化层设置在第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上，且覆盖所述源极和所述漏极；
第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层，并暴露出所述帽层的部分表面，其中，所述栅极设置在所述第二通孔中。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的氮化镓气体传感器，其特征在于，所述缓冲层的材料为氮化镓，所述沟道层的材料为氮化镓，所述插入层的材料为氮化铝，所述势垒层的材料为铝掺杂氮化镓，所述帽层的材料为氮化镓。
6.根据权利要求5所述的氮化镓气体传感器，其特征在于，所述缓冲层厚度为0.5~10 μm，所述沟道层厚度为0.2~10 μm，所述势垒层厚度为10~1000 nm。
7.一种制备权利要求1~6中任一项所述的氮化镓气体传感器的方法，其特征在于，包括：
在氮化镓衬底的一侧表面形成缓冲层；
在缓冲层远离所述氮化镓衬底的一侧形成沟道层；
在所述沟道层远离所述氮化镓衬底的一侧形成初始插入层；
在所述初始插入层远离所述氮化镓衬底的表面上形成初始势垒层；
在所述初始势垒层远离所述氮化镓衬底的表面上形成初始帽层；
对预定区域的初始帽层、初始势垒层和初始插入层进行刻蚀，形成刻蚀台面，得到插入层、势垒层和帽层，并暴露出预定区域处的所述沟道层；
在所述帽层远离所实施氮化镓衬底的表面上沉积气敏材料，形成栅极；
在所述刻蚀台面处通过各向同性刻蚀所述氮化镓衬底，使得所述氮化镓衬底靠近所述缓冲层的表面形成凹槽，其中，所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽内部，且所述插入层在所述氮化镓衬底上的正投影位于所述凹槽不重叠，而且，在所述各向同性刻蚀过程中，同时形成至少一个第一通孔，所述第一通孔贯穿所述缓冲层和所述沟道层且连通所述凹槽，且所述第一通孔位于所述插入层的周边。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面以及未被所述沟道层覆盖的所述缓冲层远离所述氮化镓衬底的表面形成第一钝化层；
在所述第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上形成至少一个微型加热器，且所述微型加热器位于所述第一通孔靠近和/或远离所述插入层的一侧。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
在形成所述第一钝化层之前，在所述帽层远离所述氮化镓衬底的表面上分别间隔形成第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，且所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极均与所述栅极间隔设置；
在形成所述第一钝化层之后，对所述第一钝化层进行刻蚀，暴露出所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极远离所述氮化镓衬底的部分表面；
分别在暴露的所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极的表面上形成源极和漏极。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在第一钝化层远离所述氮化镓衬底的表面上形成第二钝化层，且所述第二钝化层覆盖所述源极和所述漏极；
形成贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层的第二通孔，所述第二通孔暴露出所述帽层的部分表面，其中，所述栅极形成在所述第二通孔中。
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