[发明专利]一种GaN基P沟道MOSFET及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基P沟道MOSFET及其制备方法，属于电子材料技术领域。本发明利用氟正离子注入氮化镓(GaN)后形成的二维空穴气(2DHG)能够在GaN表面层以下形成导电沟道的原理，将氟离子注入GaN制备出了一种GaN基P沟道MOSFET。本发明制备出的GaN基P沟道MOSFET与传统P沟道MOSFET相比，性能优越；同时，本发明采用的制备方法与传统P沟道MOSFET需要在N型衬底上利用扩散或离子注入掺杂出P型的源漏区并通过施加在栅电极的电压使栅氧化层下的半导体反型出P沟道的制备方法相比，制备工艺简单、易操作且重复性好，有效避免了P型掺杂。

技术领域

本发明涉及一种GaN基P沟道MOSFET及其制备方法，属于电子材料技术领域。

背景技术

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。

MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型，其中，P沟道MOSFET在N型衬底上有两个P⁺区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，栅极上加有足够的正电压(源极接地)时，栅极下的N型衬底表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。

P沟道MOSFET又分为增强型和耗尽型，其中，P沟道增强型MOSFET通过改变栅压来改变沟道中的电子密度，从而改变沟道的电阻；P沟道耗尽型MOSFET由于N型衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。

目前，常采用Si、Ge、GaN、GaAs等材料来制备P沟道MOSFET，在这些材料中，由于GaN材料具有转换效率高(GaN的禁带宽度是硅的3倍，临界击穿电场是硅10倍，因此，同样额定电压的GaN功率器件的导通电阻比硅器件低1000倍左右，大大降低了开关的导通损耗)、工作频率高(GaN的电子渡越时间比硅低10倍，电子速度比在硅中高2倍以上，反向恢复时间基本可以忽略，因此，GaN开关功率器件的工作频率可以比硅器件提升至少20倍，大大减小了电路中储能元件如电容、电感的体积，从而成倍地减小设备体积，减少铜等贵重原材料消耗，开关频率高还能减少开关损耗，进一步降低电源总的能耗)以及工作温度高(GaN的禁带宽度高达3.4eV，本征电子浓度极低，电子很难被激发，因此，理论上GaN器件可以工作在800℃以上的高温)等的优点，使得GaN基P沟道MOSFET成为了学术界和工业界研究的热点。

但是，对于GaN基P沟道MOSFET器件的研究仍然存在一些难题。在工艺方面，GaN材料的p型掺杂并不是一种很成熟的技术，国内主要通过调整压力、温度、Mg掺杂量等参数优化体材料掺杂效果；国外主要集中在寻找新的受主元素(如Be、Zn)、使用新的结构(如超晶格结构)、尝试新的掺杂方法(如共掺杂)等来提高p型掺杂的效果，这些方法均具有操作复杂，重复性差等的缺点。

因此，急需找到一种性能优越的同时制备工艺简单、易操作且重复性好的GaN基P沟道MOSFET。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种GaN基P沟道MOSFET及其制备方法。本发明利用氟正离子注入氮化镓(GaN)后形成的二维空穴气(2DHG)能够在GaN表面层以下形成导电沟道的原理，将氟离子注入GaN制备出了一种GaN基P沟道MOSFET。本发明制备出的GaN基P沟道MOSFET与传统P沟道MOSFET相比，性能优越；同时，本发明采用的制备方法与传统P沟道MOSFET需要在N型衬底上利用扩散或离子注入掺杂出P型的源漏区并通过施加在栅电极的电压使栅氧化层下的半导体反型出P沟道的制备方法相比，制备工艺简单、易操作且重复性好，有效避免了P型掺杂。

本发明的技术方案如下：