[发明专利]场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供一种场效应晶体管及其制备方法，场效应晶体管包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的锗纳米线；包围在锗纳米线四周的第一III‑V化合物层；依次包围在部分所述第一III‑V化合物层四周的势垒层、栅介质层和栅电极；以及位于所述第一III‑V化合物层上，并分别位于所述栅电极两侧的源区和漏区。本发明，势垒层的禁带宽度大于第一III‑V化合物层的禁带宽度，并且，势垒层和第一III‑V化合物层的能带弯曲不同，使得在第一III‑V化合物层靠近势垒层的界面处形成二维电子气，二维电子气迁移率较高，从而场效应晶体管具有更好的电学性能。此外，场效应晶体管为栅极全包围的器件，提高场效应晶体管的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)的基本结构中包括一个调制掺杂异质结，由于组成异质结的两种材料的禁带宽度不同，HEMT的栅极上加上偏压后，在异质结界面处分别形成势阱和势垒，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子积累在异质结靠近界面处的势阱中，形成二维电子气(2-DEG)，二维电子气由于不受电离杂质离子散射的影响，迁移率非常高。并且，因为电子与杂质中心在空间上是分隔开的，在极低温度下也不“冻结”(即不复合)，因此，HEMT有很好的低温性能，可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，从而控制势阱中2-DEG的面密度，进而控制器件的工作电流。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种场效应晶体管及其制作方法，场效应晶体管为高电子迁移率晶体管，进一步提高器件的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种场效应晶体管，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的锗纳米线；包围在锗纳米线四周的第一III-V化合物层；依次包围在部分所述第一III-V化合物层四周的势垒层、栅介质层和栅电极；以及位于所述第一III-V化合物层上，并分别位于所述栅电极两侧的源区和漏区。

可选的，所述锗纳米线为P型掺杂，所述锗纳米线的截面为圆形，直径为 10nm～100nm。

可选的，所述第一III-V化合物层为N型InGaAs，厚度为10nm～100nm。

可选的，所述势垒层为Si掺杂的InP，Si的掺杂浓度为 1.0×1018cm-3～1.5×1018cm-3，所述势垒层的厚度为50nm～100nm。

可选的，所述栅介质层为高k介质层，所述栅介质层的材料为Al2O3或 TiSiOx，厚度为1nm～5nm。

可选的，所述栅电极为TiN、NiAu或CrAu中的一种。

可选的，所述源区和所述漏区为N型离子掺杂的In0.25Ga0.75As。

可选的，所述场效应晶体管还包括位于所述栅电极两侧的侧墙、位于所述源区上的源电极和位于所述漏区上的漏电极。

作为本发明的另一方面，本发明还提供一种场效应晶体管的制备方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有沟槽以及悬空于所述沟槽上方的锗纳米线；

形成依次包围在所述锗纳米线四周的第一III-V化合物层和第二III-V化合物层；

在所述第二III-V化合物层中形成凹槽，所述凹槽暴露所述第一III-V化合物层；

在所述凹槽中依次形成势垒层、栅介质层以及栅电极；