[发明专利]一种GaN基增强型场效应器件及其制作方法

说明书

本申请提供一种GaN基增强型场效应器件及其制作方法，GaN基增强型场效应器件，包括有源区和围绕有源区的隔离区，有源区包括单晶衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、界面控制层、源金属电极、漏金属电极、栅金属电极以及介质钝化层，有源区还包括：P型二维材料栅极；本申请中在栅金属电极下方插入一层P型二维材料栅极，从而有效耗尽栅极下方沟道中的二维电子气，实现增强型氮化镓场效应器件。由于P型二维材料具有空穴浓度高、晶格匹配且界面态低、能够从氮化镓材料表面选择性去除、工艺可控性好等一系列优点，使得制作得到的GaN基增强型场效应器件的阈值一致性好，电流崩塌导致的可靠性问题得到很好的抑制。

技术领域

本发明涉及半导体器件制作领域，具体涉及一种GaN基增强型场效应器件及其制作方法。

背景技术

氮化镓材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高等特点，在宽带通信、电力电子等领域应用前景广宽。由于氮化镓(GaN)与铝镓氮(AlGaN)异质结界面处存在自发极化和压电极化效应，二维电子气浓度非常高(1E13cm^-2)，这使得氮化镓场效应器件，也即HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件，具有非常低的导通电阻和开关延迟。然而AlGaN/GaN异质界面处高浓度的二维电子气使氮化镓场效应器件通常为耗尽型器件，限制了其在诸多领域的应用。增强型氮化镓场效应器件在电路应用中不需要负极性电压，降低了电路的复杂性和制作成本，还可以提高功率开关电路的安全性。

目前制作GaN基增强型场效应器件的方法有：(1)刻蚀凹栅槽；(2)F基等离子体处理；(3)生长薄的势垒层；(4)生长p-GaN盖帽层；(5)生长InGaN盖帽层等。但由于这些途径固有的局限性，例如操作难度大、可重复性差等，使得上述途径难以真正得到广泛的应用。比如凹栅槽刻蚀工艺，难以精确控制，同时会带来损伤造成电流崩塌现象；F基离子注入会造成晶格损伤，带来一系列长期可靠性问题；在栅极生长单层p-GaN盖帽层或者p-AlGaN盖帽层是一种可行的方法，然而P型氮化物材料通常采用干法刻蚀，容易在势垒层表面形成损伤，刻蚀工艺的一致性较差。

因此，急需发明一种新型氮化镓增强型场效应器件结构与制备方法来推动氮化镓半导体技术的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种GaN基增强型场效应器件及其制作方法，以解决现有技术中在栅极生长单层p-GaN盖帽层时，使用干法刻蚀，造成势垒层表面损伤的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种GaN基增强型场效应器件，包括：有源区和围绕所述有源区的隔离区，所述有源区包括单晶衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、界面控制层、源金属电极、漏金属电极、栅金属电极以及介质钝化层，所述有源区还包括：P型二维材料栅极；

所述缓冲层、所述沟道层、所述势垒层、所述界面控制层沿背离所述单晶衬底的方向，依次形成在所述单晶衬底之上；

所述源金属电极和所述漏金属电极位于所述界面控制层上，且穿透所述界面控制层与所述势垒层欧姆接触；

所述P型二维材料栅极位于所述界面控制层上；

所述栅金属电极位于所述P型二维材料栅极上，且与所述P型二维材料栅极肖特基接触；

所述介质钝化层位于所述栅金属电极和所述漏金属电极之间的所述界面控制层上，以及位于所述栅金属电极和所述源金属电极之间的所述界面控制层上。

优选地，所述P型二维材料栅极的掺杂浓度范围为10¹⁶/cm³-10²¹/cm³。