[發明專利]一種氧化鎵晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202110125086.0
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112885893A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 于洪宇;曾凡明;葛琪;汪青
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/24;H01L29/778;H01L21/335;H01L21/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種氧化鎵晶體管及其制備方法，述氧化鎵晶體管包括由襯底依次連接的Ga₂O₃層以及(Al_xGa_1?x)₂O₃層，所述(Al_xGa_1?x)₂O₃層內部摻雜有摻雜元素，0＜x＜1。所述氧化鎵晶體管在不增大雜質電離散射的情況下，其載流子遷移率顯著增大，載流子濃度大幅提高，同時二維電子氣濃度增大，器件的電流密度得到提高。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種氧化鎵晶體管及其制備方法。

背景技術

氧化鎵作為新一代超寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬(4.8eV)、臨界擊穿電場高(8MV/cm)、熔點高、耐高溫、熱穩定性好、制造大面積襯底更容易等特點，適用于制作高壓、高功率、耐高溫和耐輻射等高性能電子器件。其應用包括電力電子器件、探測器、射頻器件、光電子器件等領域，氧化鎵肖特基二極管以及場效應管相比于氮化鎵、碳化硅器件，可在相同的尺寸下可以承受更強的電場，處理更高的功率，效率更高，適用于各種電力設備以及機動車輛，如電網、發電廠以及電動汽車、高鐵、飛機等。目前超寬禁帶半導體材料氧化鎵已經成為科研研究的焦點之一，具有廣闊的應用前景，契合國家節能減排，智能制造，通訊與信息安全的要求。

在功率器件方面，氧化鎵肖特基勢壘二極管、場效應晶體管等相比于氮化鎵器件，有著更高的禁帶寬度和更高的擊穿場強，更適合應用于高壓、大功率環境中，但是相比于氮化鎵材料，氧化鎵材料最為致命的缺點是它具有很低的載流子濃度和載流子遷移率，從而使得在氧化鎵材料中形成二維電子氣(2DEG)變得比較困難，也是限制氧化鎵材料在電力電子器件方面應用的關鍵因素。針對這一問題，我們采用漸變摻雜異質結結構可以實現在氧化鎵材料中獲得高濃度和高電子遷移率的二維電子氣(2DEG)。

氧化鎵材料載流子濃度和遷移率非常低(200cm2/(V·s)，這就導致了氧化鎵材料制作的器件電流輸出能力受到限制。一般情況下，可以通過向半導體中摻雜元素來提高半導體的載流子濃度和遷移率，但是問題在于通過常規手段給氧化鎵中摻雜進Si，Ge，Sn等元素形成n型摻雜雖然能提高載流子濃度，但同時摻雜劑電離雜質也會散射電子，散射會導致遷移率降低，進而降低了電流輸出能力。針對這一問題，我們引入了一種勢壘漸變摻雜技術，通過勢壘漸變摻雜技術可以減小場效應晶體管溝道內部載流子的散射，從而提高氧化鎵器件的電流輸出密度。漸變摻雜技術提高載流子遷移率的方法有幾個問題比較關鍵。首先如何在場效應晶體管溝道內不引入雜質元素的情況下來提高溝道內載流子濃度，因為如果給氧化鎵中通過擴散或者離子注入引入摻雜元素，勢必會增大氧化鎵內部的載流子濃度，這就導致了在氧化鎵內部的雜質散射增強，雖然增大了摻雜濃度，但是由于散射的增強，載流子遷移率并不會有很大的提高；其次，引入摻雜元素的方法以及摻雜元素在氧化鎵半導體內部的分布方式也會導致載流子遷移率不同。

發明內容

為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種氧化鎵晶體管及其制備方法，所述氧化鎵晶體管在不增大雜質電離散射的情況下，其載流子遷移率顯著增大，載流子濃度大幅提高，同時二維電子氣濃度增大，器件的電流密度得到提高。

本發明目的之一在于提供一種氧化鎵晶體管，所述氧化鎵晶體管包括由襯底依次連接的Ga₂O₃層以及(Al_xGa_1-x)₂O₃層，所述(Al_xGa_1-x)₂O₃層內部摻雜有摻雜元素，0＜x＜1。