[发明专利]一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法，其中，所述增强型氮化镓高电子迁移率晶体管包括：晶圆，设置在所述晶圆上的源电极和漏电极，设置在所述晶圆上且位于所述源电极和所述漏电极之间的栅电极；其中，所述晶圆包括氮化镓外延结构；所述晶圆内设有一非晶材料区域，所述非晶材料区域位于所述栅电极下面。本发明提供的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管通过对栅电极下面的部分势垒层进行离子注入，破坏晶格结构，形成非晶材料，从而对栅电极下面的二维电子气形成耗尽，以实现增强型晶体管的设计，其结构简单，工艺过程易于控制，成本较低，且器件可靠性高。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料由于具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和较高的电子饱和漂移速度等优点，已成为微波/毫米波系统领域应用的理想材料。同时，由于氮化镓材料的临界电场强度是硅材料的11倍，氮化镓异质结结构的二维电子气的迁移率也比硅材料的迁移率高两倍左右，而氮化镓材料的Baliga优值系数要比硅材料高1400倍左右，因此氮化镓在电力电子器件领域也有非常大的潜力，是下一代高效率电力电子器件的重要候选材料之一。

由于氮化镓材料具有较强的自发极化系数，常规的氮化镓高电子迁移率晶体管属于常开型，或者称耗尽型，在栅电极无电压偏置的时候，沟道保持导通状态。但是，很多应用场合需要常关型即增强型的晶体管器件，在栅电极无电压偏置的时候，沟道要保持关断状态，以提高射频和电力电子电路和系统的安全性，并且减少负压产生电路和保护电路的需求，从而简化电路和系统设计。

目前，公开报道的实现增强型氮化镓高电子迁移率晶体管的主要技术有以下几种：一是在栅电极下面引入p型三族氮化物的帽层结构；二是在栅电极下的势垒层中进行凹槽刻蚀；三是采用薄层势垒的氮化镓异质结外延结构。

然而，现有的这几种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构在实现过程中采用的刻蚀工艺或外延生长工艺的成本过高，且工艺过程不易控制，从而导致形成的器件性能不稳定；此外，现有的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构的大尺寸晶圆均匀性较差，批次可重复性不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，包括：晶圆，设置在所述晶圆上的源电极和漏电极，设置在所述晶圆上且位于所述源电极和所述漏电极之间的栅电极；其中，

所述晶圆包括氮化镓外延结构；

所述晶圆内设有一非晶材料区域，所述非晶材料区域位于所述栅电极下面。

在本发明的一个实施例中，所述非晶材料区域的宽度与所述栅电极的栅脚宽度相同。

在本发明的一个实施例中，所述非晶材料区域是通过对所述晶圆进行离子注入形成的，其中，注入的离子为氮离子、氩离子、氪离子或氙离子。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆自下而上依次包括衬底、三族氮化物复合缓冲区、沟道层以及复合势垒区，其中，所述非晶材料区域起始于所述复合势垒区的上表面，且距离所述复合势垒区下表面的距离为1-8nm。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为高阻硅，其中，所述高阻硅的电阻率为1000-30000Ω·cm，晶向为(111)；

或为半绝缘碳化硅，或为半绝缘蓝宝石，或为半绝缘金刚石，或为半绝缘氮化铝。

在本发明的一个实施例中，所述三族氮化物复合缓冲区自下而上依次包括成核区、过渡区和核心缓冲区；其中，

所述成核区的材料为氮化铝，厚度为50-300nm；