异质结场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体涉及一种异质结场效应晶体管及其制备方法。该制备方法，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上制备AlGaN/GaN异质外延层；在所述AlGaN/GaN异质外延层上制备源电极和漏电极；利用磁控溅射法在所述AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物，制得p型氧化物栅极。该制备方法工艺简单，既可以避免p型氧化物被污染，又可以实现制备较高浓度的p型氧化物栅极，而且还能保证对GaN基异质结场效应晶体管阈值电压的正向调控能力，最终该异质结场效应晶体管的器件功率得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】
异质结场效应晶体管及其制备方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种异质结场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
氧化亚铜(Cu2O)是一种性能优异的I-IV族半导体材料，因为它具有2.1eV的直接带隙以及非常高的可见光吸收系数，再加上它具有无毒、低价、原料丰富等优点，因此多被应用于太阳能电池以及光电探测器元件的制备。同时，Cu2O具有光催化活性，可以直接利用可见光来催化水的裂解产生氢气，成为节能环保产生氢气领域研究的首选材料。另外，由于Cu2O晶体结构中Cu空位的存在，Cu2O为本证p型半导体，因Cu2O具有较高迁移率，所以也常做为沟道材料与n型半导体相结合，用于薄膜晶体管(TFTs)的制备。因此，Cu2O将是一种在电学、光学、半导体领域具有十分重要应用前景的薄膜材料。凭借其薄膜纳米结构，使得制造更小规格、更高能效半导体芯片成为可能，使其在纳米电子元器件领域被广泛应用。此外，Cu2O在气体监测领域也具有重要的应用价值。在半导体光电日益发展的今天，Cu2O更是作为天然p型导电材料脱颖而出。继发展实用第一代Ge，Si基器件及第二代SiC，InP基器件后，以GaN基为代表的第三代宽禁带半导体材料的研发引起了科学家们的重视。目前GaN基LED已经完全进入产业化阶段，而GaN基材料凭借其禁带宽度Eg大，电子饱和速度高，导热性好等特点且能形成具有高浓度的二维电子气(2DEG)的AlGaN/GaN异质结构使得GaN基电力电子器件特别适用于高温、高频、大功率、抗辐射等恶略环境。在半导体
中，传统p型Cu2O薄膜的制备方法一般是利用金属铜通过热氧化法生长p型Cu2O。这种技术虽然可以通过低温调控热氧化温度来形成p型Cu2O，但是却具有非常致命的缺点，后要通过光刻工艺为后续工艺做准备，在这过程中Cu2O会被氧化为氧化铜(CuO)以及其表面也会被污染或是引入缺陷，而且以传统的热氧化法来生长的p型Cu2O往往其空穴浓度低于1×1016cm-3。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种异质结场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有GaN异质结场效应晶体管阈值电压调控能力差、功率低的技术问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种异质结场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上制备AlGaN/GaN异质外延层；在所述AlGaN/GaN异质外延层上制备源电极和漏电极；利用磁控溅射法在所述AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物，制得p型氧化物栅极。本专利技术提供的异质结场效应晶体管的制备方法，采用磁控溅射法在AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物制得p型氧化物栅极；该制备方法工艺简单，既可以避免p型氧化物被污染，又可以实现制备较高浓度的p型氧化物栅极，而且还能保证对GaN基异质结场效应晶体管阈值电压的正向调控能力，最终该异质结场效应晶体管的器件功率得到显著提高。本专利技术另一方面提供一种异质结场效应晶体管，包括AlGaN/GaN异质外延层，所述AlGaN/GaN异质外延层上设置有源电极和漏电极；所述AlGaN/GaN异质外延层上还设置有p型氧化物组成的p型氧化物栅极帽层结构。本专利技术提供的异质结场效应晶体管为GaN基异质结场效应晶体管，其中设置有p型氧化物组成的p型氧化物栅极帽层结构；与传统的肖特基金属栅电极相比，p型氧化物直接带隙半导体材料可调控的空穴浓度和禁带宽度等特性更能有效地调节GaN基异质结能带结构，进而调控阈值电压，从而实现增强型(阈值电压大于0伏)的GaN基异质结场效应晶体管的功率器件；该异质结场效应晶体管可减少不必要的功率损耗与次级电路的器件数目，提高集成度，对实现GaN基异质结场效应晶体管在电力电子转化中的应用具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的基异质结场效应晶体管中氧化亚铜薄膜的空穴载流子浓度(holecarrierdensity)和电阻率(resistivity)与溅射功率(sputteringpower)的关系曲线图；图2为本专利技术实施例1制备的拥有p型Cu2O栅极帽层结构的GaN异质结场效应晶体管与传统GaN异质结场效应晶体管的转移特性对比图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供了一种异质结场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：S01：提供衬底；S02：在所述衬底上制备AlGaN/GaN异质外延层；S03：在所述AlGaN/GaN异质外延层上制备源电极和漏电极；S04：利用磁控溅射法在所述AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物，制得p型氧化物栅极。本专利技术实施例提供的异质结场效应晶体管的制备方法，采用磁控溅射法在AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物制得p型氧化物栅极；该制备方法工艺简单，既可以避免p型氧化物被污染，又可以实现制备较高浓度的p型氧化物栅极，而且还能保证对GaN基异质结场效应晶体管阈值电压的正向调控能力，最终该异质结场效应晶体管的器件功率得到显著提高。进一步地，上述步骤S01中：衬底可以为蓝宝石(Sapphire)，主要成分为氧化铝。进一步地，在上述步骤S03中，制备源电极和漏电极之前，先通过电感耦合等离子体(ICP)系统形成120nm的刻蚀深度，以保证器件间二维电子气沟道的消失，完成器件隔离。而制备源电极和漏电极的步骤包括：利用磁控溅射法沉积Ti/Al/Ti/Au(50/200/40/40nm)多层金属完成源电极与漏电极的制备后，在850℃下N2环境中退火3分钟以形成欧姆接触。如退火温度低于850℃，则不能很好形成欧姆接触，高于850℃会使串联电阻及接触电阻数值增大，影响器件性能；如退火时间低于3分钟，源电极与漏电极金属不能充分与AlGaN外延层反应，不能很好形成欧姆接触，多于3分钟会使接触电阻数值增大，降低影响器件性能。因此，在该温度和时间内退火，可得到最佳的源电极与漏电极。进一步地，在上述步骤S04中，所述p型氧化物选自p型氧化铜、p型氧化亚铜、p型氧化镍和p型氧化镁中的任意一种。本专利技术实施例创新性地利用磁控溅射法在常温下，通过改变溅射功率可以形成高质量的p型氧化物薄膜作为栅极，通过一次光刻后，利用磁控溅射法沉积上述p型氧化物任意一种制成栅极，从而实现制备高性能p型氧化物栅极帽层结构的GaN异质结场效应晶体管。具体地，p型氧化物优选p型氧化亚铜(Cu2O)。该制备方法，可以防止Cu2O被为氧化铜(CuO)以及Cu2O被污染。本专利技术实施例的制备工艺流程可以通过一次光刻以及常温的条件下利用磁控溅射法沉积p型Cu2O栅极与随后的Ni/Au的沉积，这样既简化了工艺流程也防止了Cu2O在制备工艺中污染以及避免了在热氧化条件下制备Cu2O时，空穴浓度较低的问题。进一步地，沉积所述p型氧化物的步骤包括：以铜靶为铜源，以氩气与氧气的混合气体为溅射气体和反应气体，进行磁控溅射处理。具体地，所述氩气与所述氧气的体积比为15：3-4。所述磁控溅射处理的反应功率为10-100W；所述磁控溅射处理的反应压强为0.2-0.3Pa。去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上制备AlGaN/GaN异质外延层；在所述AlGaN/GaN异质外延层上制备源电极和漏电极；利用磁控溅射法在所述AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物，制得p型氧化物栅极。

【技术特征摘要】
1.一种异质结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供衬底；在所述衬底上制备AlGaN/GaN异质外延层；在所述AlGaN/GaN异质外延层上制备源电极和漏电极；利用磁控溅射法在所述AlGaN/GaN异质外延层上沉积p型氧化物，制得p型氧化物栅极。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述p型氧化物选自p型氧化铜、p型氧化亚铜、p型氧化镍和p型氧化镁中的任意一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述p型氧化物为p型氧化亚铜，沉积所述p型氧化物的步骤包括：以铜靶为铜源，以氩气与氧气的混合气体为溅射气体和反应气体，进行磁控溅射处理。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氩气与所述氧气的体积比为15：3-4。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射处理的反应功率为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新科，王磊，敖金平，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44