[发明专利]具有P型二维材料栅极增强型氮化镓场效应器件的制备方法

说明书

本发明提出一种具有P型二维材料栅极氮化镓基场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：在单晶衬底上依次外延缓冲层、沟道层、势垒层、界面控制层得到外延衬底；在外延衬底上的源极和漏极区域沉积源漏金属，并形成欧姆接触；在外延衬底上方沉积二维材料层；定义栅极金属区域，沉积栅极金属；利用富氧气氛对栅源，栅漏之间二维材料进行氧化处理；在界面控制层表面沉积介质钝化层；形成源漏电极与栅极的接触孔。使用P型二维材料来替代传统P‑GaN层，利用P型二维材料来耗尽底下二维电子气，形成增强型场效应晶体管，用氧化的方法替代刻蚀，可以减小对势垒层表面的损伤，从而克服现有技术的困难。

技术领域

本发明涉及半导体器件制作领域，具体涉及具有P型二维材料栅极增强型氮化镓场效应器件的制备方法。

背景技术

氮化镓材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高等特点，在宽带通信、电力电子等领域应用前景广阔。

由于氮化镓(GaN)与铝镓氮(AlGaN)异质结界面处存在自发极化和压电极化效应，二维电子气浓度非常高(1E13 cm^-2)，这使得氮化镓场效应器件[此处场效应器件指HEMT(高电子迁移率晶体管)器件]具有非常低的导通电阻和开关延迟。然而AlGaN/GaN异质界面处高浓度的二维电子气会使氮化镓场效应器件通常为耗尽型器件，耗尽型器件的特点是当外加偏压为零时器件仍为导通状态，因此具有静态功耗高的问题。为此人们希望通过技术手段实现增强型的氮化镓场效应器件。增强型氮化镓场效应器件在电路应用中不需要负极性电压，降低了电路的复杂性和制作成本，还可以提高功率开关电路的安全性。

目前制作增强型氮化镓场效应器件方法有：(1)刻蚀凹栅槽；(2)F基等离子体处理；(3)生长薄的势垒层；(4)生长p-GaN盖帽层；(5)生长InGaN盖帽层等。

但由于这些方法固有的局限性，例如操作难度大、可重复性差等，使得上述方法难以真正得到广泛的应用。比如凹栅槽刻蚀工艺，难以精确控制，同时会损伤势垒层表面造成电流坍塌问题。；F基离子注入会造成晶格损伤，带来一系列长期可靠性差的问题；在栅极生长单层p-GaN或者p-AlGaN是一种可行的方法，然而P型氮化物材料通常采用干法刻蚀，容易在势垒层表面形成损伤，刻蚀工艺的一致性较差。因此，急需发明一种新型氮化镓增强型场效应器件结构与制备方法来推动氮化镓半导体技术的发展。

发明内容

本发明提出一种具有P型二维材料栅极氮化镓基场效应晶体管的制备方法，其目的是使用P型二维材料来替代原来P-GaN层，利用P型二维材料来耗尽底下二维电子气，形成增强型场效应晶体管，用氧化的方法替代刻蚀，可以减小对势垒层表面的损伤，从而克服现有技术的困难。

本发明采取的技术方案是：

具有P型二维材料栅极增强型氮化镓场效应器件的制备方法，其包括以下步骤：

在单晶衬底上依次外延缓冲层、沟道层、势垒层、界面控制层得到外延衬底；

在外延衬底上的源极和漏极区域沉积源漏金属，并形成欧姆接触；

在外延衬底上方沉积二维材料层；

定义栅极金属区域，沉积栅极金属；

利用富氧气氛对栅源，栅漏之间二维材料进行氧化处理；

在界面控制层表面沉积介质钝化层；

形成源漏电极与栅极的接触孔。

进一步地，所述单晶衬底材料选自：硅、蓝宝石、碳化硅；

所述缓冲层的材料选自：AlGaN、AlN、InAlN、高阻GaN；

所述沟道层的材料选自：GaN、InGaN以及它们的组合；

所述势垒层材料选自：AlGaN、InAlN、GaN、AlN中的一种或几种；