[发明专利]具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于场效应晶体管技术领域，旨在提供一种具有宽沟道深凹陷且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法；采用的技术方案为：自上而下设置有4H‑SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别设置有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层的表面分别设置有源电极和漏电极，N型沟道层中部且靠近源极帽层的一侧设置有阶梯状的栅电极，栅电极和N型沟道层两侧形成左侧沟道和右侧沟道，栅电极的低栅面与N型沟道层表面平齐，栅电极低栅面正下方的P型缓冲层上设置有凹槽。

技术领域

本发明属于场效应晶体管技术领域，特别是涉及一种具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。

目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。

虽然上述双凹陷结构4H-SiC MESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种具有宽沟道深凹陷且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的一种具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，自下而上设置有4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别设置有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层的表面分别设置有源电极和漏电极，N型沟道层中部且靠近源极帽层的一侧设置有阶梯状的栅电极，栅电极和N型沟道层两侧形成左侧沟道和右侧沟道，栅电极的低栅面与N型沟道层表面平齐，栅电极低栅面正下方的P型缓冲层上设置有凹槽。

进一步地，所述栅电极为二层阶梯由低栅和高栅组成，所述低栅和高栅的高度差为0.05μm。

进一步地，P型缓冲层上凹槽的长度为0.3μm-0.4μm，高度为0.05μm。

具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底进行清洗，以去除衬底表面污物；

步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底(1)上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B₂H₆原位掺杂，形成浓度为1.4×10¹⁵cm^-3的P型缓冲层(2)；

步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.3μm厚的SiC层，同时经N₂原位掺杂，形成浓度为3×10¹⁷cm^-3的N型沟道层(3)；