[发明专利]一种氧化镓基场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种氧化镓基场效应晶体管，属于半导体电子技术领域，包括衬底，所述衬底上部设有绝缘层，所述绝缘层上部设有氧化镓沟道层，所述氧化镓沟道层上部两端分别设有二维层状材料界面修饰层，两端的所述二维层状材料界面修饰层上部分别设有源漏区电极，所述氧化镓沟道层上部在两个所述源漏区电极之间设有介质层，所述介质层上部设有栅电极；本发明设有二维层状材料界面修饰层，克服了现有技术的金属直接与氧化镓沟道层接触使得接触特性受表面氧悬挂键影响且接触电阻较大的问题，使得本发明的氧化镓基场效应晶体管具有较低的电极接触电阻，较高的载流子注入效率。

技术领域

本发明属于半导体电子技术领域，具体涉及一种氧化镓基场效应晶体管。

背景技术

氧化镓是一种新型的宽禁带半导体材料，具有诸多优异的物理特性(如：禁带宽度大，～4.9eV；击穿电场强度大，～8MV/cm等)，在场效应晶体管、日盲光电探测器、透明导电电极、信息存储器、LED基板等器件中展现出巨大的应用前景。在现今的半导体发展过程中，接触是十分关键的一步，影响着整个器件的性能及功耗。获得良好的欧姆接触是研制和应用氧化镓基器件的前提条件。

中国科学院微电子研究所在其申请的专利文献“一种增强氧化镓半导体器件欧姆接触的方法”(申请号：201711303287.5申请公开号：CN 107993934A)中公开了一种增强氧化镓半导体器件欧姆接触的方法。该方法对氧化镓半导体进行等离子体刻蚀表面处理，通过控制刻蚀工艺来调控氧化镓半导体表面的粗糙度、氧空位、氧悬挂键，使得表面粗糙度降低、氧空位增加；以及在经过等离子体刻蚀表面处理后的氧化镓半导体上生长对应功函数的金属层，形成欧姆接触的半导体器件。但是，该方法仍然存在的不足之处是，刻蚀工艺会损伤氧化镓界面，氧悬挂键的数目不能较好调控，且沟道层氧空位缺陷不稳定导致欧姆接触特性的稳定性较差，此外，氧悬挂键会与金属电极发生反应形成氧化物，使得界面接触电阻难以准确调控。

Caixia Hou等作者在其发表的论文“Oxidized Metal Schottky Contacts on(010)β-Ga₂O₃”(IEEE Electron Device Letters,vol.40,No.2,2019)中研究了用金属Ir,Pd,Pt,Ag,Au及其氧化物与氧化镓形成异质结界面时的势垒高度。该异质结在制备过程中使用氧化条件在氧化镓表面形成了一层金属氧化物，使得异质结界面有良好的的热稳定性。但是，该异质结界面的制备方法仍然存在的不足之处是，形成的金属氧化物会提高界面的肖特基势垒，且费米能级钉扎效应严重。

发明内容

本发明提出了一种氧化镓基场效应晶体管，以二维层状材料作为金属-氧化镓界面修饰层修饰氧化镓沟道层表面，克服了现有技术的金属直接与氧化镓沟道层接触使得接触特性受表面氧悬挂键影响且接触电阻较大的问题。

本发明提供一种氧化镓基场效应晶体管，包括衬底，所述衬底上部设有绝缘层，所述绝缘层上部设有氧化镓沟道层，所述氧化镓沟道层上部两端分别设有二维层状材料界面修饰层，两端的所述二维层状材料界面修饰层上部分别设有源漏区电极，所述氧化镓沟道层上部在两个所述源漏区电极之间设有介质层，所述介质层上部设有栅电极。

优选地，所述二维层状材料界面修饰层中的二维层状材料为六方氮化硼、石墨烯、黑磷和过渡金属硫族化合物中的任意一种。

优选地，所述二维层状材料界面修饰层的厚度为1～5nm。

优选地，所述衬底为硅衬底。

优选地，所述绝缘层为生长在所述衬底表面的SiO₂薄膜。

优选地，所述源漏区电极和栅电极分别为金属导电材料。

优选地，所述介质层为Al₂O₃。

本发明提高氧化镓基器件接触特性的机理：