一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管制造技術

本實用新型專利技術公開了一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，包括由下至上層疊的漏電極、n

【技術實現步驟摘要】
一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管
本技術涉及半導體器件
，具體涉及一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管。
技術介紹
氧化鎵(Ga2O3)半導體具有高達4.8eV的超寬禁帶和8MV/cm的超大擊穿場強，是制備超大功率電力電子器件的理想材料。此外，高質量的氧化鎵單晶襯底可通過熔融生長法制得，可保證低制備成本低。現有的Ga2O3基場效應晶體管器件多采用橫向結構(參見文獻N.Moseretal.,Ge-Dopedβ-Ga2O3MOSFETs,IEEEElectronDeviceLetters,vol.38,no.6,pp.775-778,2017)，主要依靠器件柵極與源極之間的有源區承受電壓，通過增加柵源距離提高耐壓將導致大幅度增加芯片面積，且橫向結構器件性能易受材料表面態的影響，并不能充分發揮Ga2O3材料高擊穿的優勢。而目前Ga2O3材料的p型摻雜尚無可靠方法實現，所以無法采用傳統的結型結構制得垂直場效應晶體管。因此，如何實現垂直Ga2O3基場效應晶體管成為當前業界亟待解決的重點難題之一。
技術實現思路
為了解決上述現有技術存在的問題，本技術目的在于提供一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管。一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，包括：由下至上層疊的漏電極、n+-Ga2O3襯底以及n--Ga2O3耐壓層，所述的n--Ga2O3耐壓層上表面設置條狀延伸的n--Ga2O3溝道層，在所述n--Ga2O3溝道層上表面向上依次設有n+-Ga2O3接觸層和源電極；在所述n--Ga2O3溝道層和n+-Ga2O3接觸層側面和n--Ga2O3耐壓層上表面設有用于絕緣的柵介質層，所述柵介質層在n--Ga2O3溝道層和n--Ga2O3耐壓層連接處相對應的另一表面設有柵電極；所述的n--Ga2O3溝道層和n+-Ga2O3接觸層組成三維鰭片狀結構，所述的三維鰭片狀結構在n--Ga2O3耐壓層上表面平行設置兩組或以上。優選地，所述三維鰭片狀結構的寬度為x，則x的范圍為10nm≤x≤1μm。優選地，所述n--Ga2O3耐壓層的摻雜濃度為5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度為2μm至5mm。優選地，所述n--Ga2O3溝道層的摻雜濃度為5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度為300nm至5μm。優選地，所述n+-Ga2O3襯底和n+-Ga2O3接觸層的摻雜濃度為5×1017cm-3至1×1020cm-3。優選地，所述漏電極與n+-Ga2O3襯底表面為歐姆接觸；所述源電極與n+-Ga2O3接觸層表面為歐姆接觸。優選地，所述柵電極通過所述柵介質層與所述三維鰭片狀結構絕緣，所述柵電極設置在三維鰭片狀結構左右兩側。本技術所述的一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，其優點在于，通過采用鰭式溝道結構實現Ga2O3基垂直場效應晶體管，改良了傳統橫向結構器件性能易受材料表面態的影響的缺點，可充分發揮Ga2O3材料高擊穿的優勢。針對目前Ga2O3材料的p型摻雜尚無可靠方法實現，無法采用傳統的結型結構制得垂直場效應晶體管的難題，本技術通過巧妙的構思設置了三維鰭片狀溝道結構來實現Ga2O3基垂直場效應晶體管，規避了Ga2O3材料的p型摻雜難題。器件性能可靠，制備工藝簡單。附圖說明圖1是本技術所述一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管的結構示意圖；圖2是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖一；圖3是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖二；圖4是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖三；圖5是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖四；圖6是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖五；圖7是制備本技術所述氧化鎵基垂直場效應晶體管的流程示意圖六。圖中附圖標記說明：101、漏電極，102、n+-Ga2O3襯底，103、n--Ga2O3耐壓層，104、n--Ga2O3溝道層，105、n+-Ga2O3接觸層，106、柵介質層，107、柵電極，108、源電極。具體實施方式如圖1所示，本技術所述的一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管。包括由下而上逐層布置的漏電極101、n+-Ga2O3襯底102、n--Ga2O3耐壓層103、n--Ga2O3溝道層104、n+-Ga2O3接觸層105、源電極108；n+-Ga2O3接觸層105和n--Ga2O3溝道層104層呈條狀且以一定間隔平行排列在n--Ga2O3耐壓層103上。在條狀n+-Ga2O3接觸層105和n--Ga2O3溝道層104層側面布置有柵電極107。柵電極107用于調控鰭式通道中的電子濃度以控制晶體管的導通和關斷。當柵電極107施加0V電壓時，利用柵電極107金屬的功函數實現鰭式通道中電子的耗盡，使得源電極108與漏電極101之間無法形成電流，進而關斷晶體管；當開始增大柵電極107的電壓時，電子在鰭式通道中逐漸積累，源電極108與漏電極101之間形成了通過鰭式通道的電流，進而使晶體管導通，且保證晶體管具有較小的導通電阻。以一定間隔平行排列的三維鰭片狀結構包括n--Ga2O3溝道層104和n+-Ga2O3接觸層105。三維鰭片狀結構,規避了目前Ga2O3材料的p型摻雜尚無可靠方法實現的難題，巧妙的實現了氧化鎵基垂直場效應晶體管。而氧化鎵基垂直場效應晶體管改良了傳統橫向結構器件性能易受材料表面態的影響的缺點，可充分發揮Ga2O3材料高擊穿的優勢。三維鰭片狀結構的寬度范圍為10nm≤x≤1μm。n--Ga2O3耐壓層103的摻雜濃度為5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度為2μm至5mm。本技術所述一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管的耐壓特性由n--Ga2O3耐壓層103的濃度和厚度決定，可通過適當降低n--Ga2O3耐壓層103的摻雜濃度或增加n--Ga2O3耐壓層103厚度來實現耐壓特性。n--Ga2O3溝道層104的摻雜濃度為5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度為300nm至5μm。n+-Ga2O3襯底102和n+-Ga2O3接觸層105的摻雜濃度為5×1017cm-3至1×1020cm-3。漏電極101與n+-Ga2O3襯底102表面為歐姆接觸，在氧化鎵基垂直場效應晶體管導通時作為電流輸出端口；所述源電極108與n+-Ga2O3接觸層105表面為歐姆接觸，在氧化鎵基垂直場效應晶體管導通時作為電流的輸入端口。柵電極107與所述三維鰭片狀結構之間設置有用于使柵電極107與所述三維鰭片狀結構之間絕緣的柵介質層106。柵介質層106同時也設置在柵電極107與n--Ga2O3耐壓層103之間用于絕緣柵電極107和n--Ga2O3耐壓層103。所述柵電極107與柵介質層106和n--Ga2O3溝道層104、n+-Ga2O3接觸層105構成金屬-絕緣體-半導體結構。所述的柵介質層106可以采用Al2O3或其他絕緣體材料單層或組合的多層結構。一種制備所述一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：如圖2所示，在所述n+-Ga2O3襯底102上依次生長n--Ga2O3耐壓層103、n--Ga2O3溝道層104、n+-Ga2O本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，其特征在于，包括：由下至上層疊的漏電極(101)、n+?Ga2O3襯底(102)以及n??Ga2O3耐壓層(103)，所述的n??Ga2O3耐壓層(103)上表面設置條狀延伸的n??Ga2O3溝道層(104)，在所述n??Ga2O3溝道層(104)上表面向上依次設有n+?Ga2O3接觸層(105)和源電極(108)；在所述n??Ga2O3溝道層(104)、n+?Ga2O3接觸層(105)側面和n??Ga2O3耐壓層(103)上表面設有用于絕緣的柵介質層(106)，所述柵介質層(106)在n??Ga2O3溝道層(104)和n??Ga2O3耐壓層(103)連接處相對應的另一表面設有柵電極(107)；所述的n??Ga2O3溝道層(104)和n+?Ga2O3接觸層(105)組成三維鰭片狀結構，所述的三維鰭片狀結構在n??Ga2O3耐壓層(103)上表面平行設置兩組或以上。

【技術特征摘要】
1.一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，其特征在于，包括：由下至上層疊的漏電極(101)、n+-Ga2O3襯底(102)以及n--Ga2O3耐壓層(103)，所述的n--Ga2O3耐壓層(103)上表面設置條狀延伸的n--Ga2O3溝道層(104)，在所述n--Ga2O3溝道層(104)上表面向上依次設有n+-Ga2O3接觸層(105)和源電極(108)；在所述n--Ga2O3溝道層(104)、n+-Ga2O3接觸層(105)側面和n--Ga2O3耐壓層(103)上表面設有用于絕緣的柵介質層(106)，所述柵介質層(106)在n--Ga2O3溝道層(104)和n--Ga2O3耐壓層(103)連接處相對應的另一表面設有柵電極(107)；所述的n--Ga2O3溝道層(104)和n+-Ga2O3接觸層(105)組成三維鰭片狀結構，所述的三維鰭片狀結構在n--Ga2O3耐壓層(103)上表面平行設置兩組或以上。2.根據權利要求1所述一種鰭式溝道的氧化鎵基垂直場效應晶體管，其特征在于，所述三維鰭片狀結構的寬度為x，則x的范圍為10nm≤x≤1μm。3.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧星，任遠，陳志濤，劉曉燕，趙維，龔政，黎子蘭，
申請(專利權)人：廣東省半導體產業技術研究院，
類型：新型
國別省市：廣東,44