[发明专利]一种增强型氮化物场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种增强型场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)材料由于具有大的禁带宽度、高的热导率、高电子饱和漂移速度和大的临界击穿电压等特点而得以在光电子器件和高温大功率电子器件等领域有着广阔的应用前景。由于氮化物具有很强的自发极化和压电极化效应，在没有掺杂的情况下可以在AlGaN/GaN界面产生大量的二维电子气，其浓度可达10¹³cm^-2，电子迁移率2000cm2/V·s以上。由于具有以上特征，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管成为制备高频功率放大器和功率开关器件的理想材料。

目前AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的性能研究大多还是集中在耗尽型器件方面，但是从器件应用方面来看，增强型器件有更大的应用优势。1995年，Khan等人通过减薄势垒层厚度的方法来耗尽二维电子气实现了增强型器件的研制，但这种方法的缺点在于势垒层减薄后二维电子气的浓度整体下降，导致器件的通态电阻升高，功耗严重，影响了器件的性能。2000年，X.Hu等人利用选区二次外延生长p型GaN帽层在栅极下方形成PN结的方法实现了栅下二维电子气的耗尽实现增强型，但是其阈值电压非常小，生长工艺难度较大。2003年，Kumar等人利用反应离子束刻蚀凹栅的方法减薄栅下势垒层厚度实现了增强型器件的研制，但是该工艺难度大，难以精确控制，没有可重复性。2005年，香港科技大学的Cai等人，采用氟离子注入的方法耗尽了栅下的二维电子气实现增强型器件，但是该方法实现的增强型器件的可靠性面临严重的挑战。

综上所述，目前采用的实现增强型器件的主流的方法是采用势垒层减薄，p型帽层，槽栅结构，氟离子注入等方法，但整体来看，采用这些方法来实现增强型器件的工艺比较复杂且工艺难度较大，对器件的工业化生产来说有较大的难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种增强型氮化物场效应晶体管的制备方法，以解决增强型器件的工艺比较复杂，工艺难度较大，沟槽的刻蚀深度无法精确控制，器件的工业化生产难度大的问题。

(二)技术方案

本发明提供一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，包括：

衬底；

依次形成于衬底之上的成核层、高阻缓冲层及势垒层；

形成于势垒层一端之上的源极；

形成于势垒层另一端之上的漏极；

形成于源极、漏极之间的单条沟槽或多条沟槽，且沟槽内填充有高介电常数、宽带隙的电介质材料；

形成于沟槽上方的栅极；以及

形成于源极、漏极和栅极之间的钝化层。

进一步，所述高介电常数、宽带隙的电介质材料，包括：MnO₂、Pb₃MgNb₂O₉、BaTiO₃、SrTiO₃、SnTe、PbTe、WO₃、SbS、Pb₂CoWO₆、TiO₂或SnSb中的一种或几种；

进一步，所述高介电常数、宽带隙的电介质材料，采用磁控溅射、离子束蒸镀、化学气相沉淀、溶胶凝胶法或水热法制备而成。

进一步，所述沟槽的深度大于势垒层的厚度，所述电介质材料厚度小于或者等于所述沟槽的深度。

进一步，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或硅中的一种；

所述成核层为氮化镓GaN或氮化铝AlN；

所述高阻缓冲层为铟镓氮In_xGa_1-xN，其中0≤x＜1；

所述势垒层为铝铟镓氮Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0＜x≤1，0≤y＜1。

进一步，所述单条沟槽或多条沟槽的宽度之和不超过其上栅极的宽度；

所述单条沟槽或多条沟槽采用ICP干法刻蚀或者湿法腐蚀制备而成。

进一步，所述源极和漏极采用Ti、Al、Ni、Pt、Cr或Au金属中的一种或几种；

所述栅极采用Ti、Ni、Pt、Al、Cu、W、Co或Au金属中的一种或几种；