[发明专利]基于带源场板结构的PN结栅控氧化镓场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带源场板结构的PN结栅控氧化镓场效应晶体管及其制备方法，主要解决目前n型氧化镓场效应晶体管击穿电压较低，不易关断的问题。其自下而上包括：Ga₂O₃衬底和n‑Ga₂O₃外延层，该外延层内部的两边设有离子注入区，其上部的两端设有源电极和漏电极，靠近源电极的区域设有栅电极；该外延层与栅电极之间设有p型NiO薄膜层，这两者之间构成PN结；栅电极分别与源电极和漏电极间的n‑Ga₂O₃外延层之上设有Al₂O₃层，在源、漏电极之外的其他区域上设有SiN钝化层，该SiN钝化层的左端区域与源电极上设有源场板。本发明提高了器件的击穿电压，减小了泄漏电流，可用于制备高耐压、低功耗的常关型器件。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种带源场板结构的PN结栅控氧化镓场效应晶体管，可用于实现高耐压、低功耗的常关型氧化镓器件。

技术背景

氧化镓共有α、β、γ、δ和ε五种晶型，其中单斜的β-Ga₂O₃具有最好的热稳定性，其他亚稳定相很容易在高温下转变成β-Ga₂O₃，因此目前大部分研究都是围绕β-Ga₂O₃展开的。β-Ga₂O₃具有超大的禁带宽度(4.4-4.9eV)，这一特征使其电离率较低从而击穿场强较高，约为8MV/cm，其是Si的20倍以上，是SiC和GaN的两倍多。此外，β-Ga₂O₃的Baliga品质因数是4H-SiC的8倍以上，GaN的4倍以上；高频Baliga优值分别是Si的150倍，是4H-SiC的3倍、GaN的1.5倍。由于Ga₂O₃材料的导通电阻理论值很低，因而在相同条件下，由Ga₂O₃材料制得的单极器件的导通损耗比SiC、GaN器件低至少一个数量级，这有利于提高器件的效率。

综上分析，β-Ga₂O₃是一种具有很大发展前景的功率半导体材料，基于β-Ga₂O₃的功率半导体器件在高频、高压、大功率应用中具有很大潜能。

Varley等人在实验中证实，由于生长环境不同，在氧化镓生长的过程中，容易引入Si、Ge、Sn、F、Cl等原子，这些原子一般会使氧化镓呈现出n型导电的特性。理想的n型和p型半导体是制备高质量半导体器件的前提和基础，但目前β-Ga₂O₃只能实现有效n型掺杂，掺杂效果较好的n型掺杂元素为Si和Sn，且通过掺杂Si和Sn可以实现n型氧化镓晶体载流子在一个较大范围内的调控。相比于氧化镓晶体的n型掺杂，p型掺杂较难实现，尤其是载流子浓度较高的p型掺杂。而难以获得有效p型掺杂的原因主要有：n型背景载流子的影响；缺少有效的浅能级受主杂质；受主杂质离子易钝化且激活率低，存在自缺陷效应。因此，针对氧化镓基器件的研究也主要集中在n型β-Ga₂O₃基器件，对于p型导电单晶、薄膜及p型沟道器件则研究较少，制约了氧化镓基器件的发展和应用。此外，现有n型氧化镓器件的栅泄漏电流较大、击穿电压值远低于理想值，影响器件性能，且其大都需要通过施加一定的负栅压才能实现关断，限制了器件的应用范围。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种带源场板结构的PN结栅控氧化镓场效应晶体管及制备方法，以提高器件的击穿电压、减小器件的导通电阻及器件的栅泄漏电流，从而改善器件性能；同时实现常关型氧化镓器件，显著降低器件静态损耗、提高器件可靠性。