在SiC材料中获取二维电子气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种二维电子气的获取方法，尤其是涉及一种用于SiC材料二维电子 气的获取方法。
【背景技术】
[0002] 第三代半导体碳化硅（SiC)是一种具有优良的物理特性、电学特性的宽禁带半导 体材料。它具有宽带隙、高击穿场强、高热导率等特点，因此非常适合于研制高温、大功率、 高频电力电子器件。
[0003] SiC是目前唯一可以氧化形成5102的化合物半导体，然而在SiC和SiO2W面存在 着很高的界面态密度。这主要是由于器件栅氧化物是通过氧化SiC形成的，在氧化过程中， SiC中的C元素部分氧化形成CO和CO2，在栅氧化物与SiC基底之间留下较多界面态，剩余 一些C元素未能氧化，形成了 C团簇，使得栅氧化物与SiC基底界面质量不如SiO2与SiC 高。这些界面态不仅减少了 SiC基MOS器件沟道中导电载流子，同时会形成散射中心进一 步降低沟道迀移率，使得器件的导通电阻高，工作频率低。即使存在如JFET类的器件来避 免MOS界面，但由于SiC中杂质的扩散系数非常低，多采用离子注入的方法对其掺杂，注入 离子的激活温度相当高，这都会造成较大的晶体损伤因而迀移率并不是足够高。这就需要 寻找一种新的基于SiC的载流子导电界面，使得能产生高密度、高迀移率的沟道载流子。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，其是针对目 前传统的SiC基MOS器件界面态密度高，载流子迀移率低的特点，提出在SiC表面沉积一种 具有高介电常数、高自发极化、高临界电场和晶格匹配的电介质。使得该电介质与SiC之间 通过极化产生高密度的二维电子气。
[0005] 本发明的第一实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步 骤：
[0006] 步骤1 :取一晶面为（0001)的SiC衬底；
[0007] 步骤2 :在晶面为（0001)的SiC衬底上制作晶面为（0001)的AlN层。
[0008] 本发明的第二实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步 骤：
[0009] 步骤1 :取一晶面为(〇0〇?)的SiC衬底；
[0010] 步骤2 :在晶面为(000?)的SiC衬底上制作晶面为（0001)的AlN层。
[0011] 本发明的第三实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步 骤：
[0012] 步骤1 :取一晶面为（0001)的SiC衬底；
[0013] 步骤2 :在晶面为（0001)的SiC衬底上制作晶面为（0001)的AlN层；
[0014] 步骤3 :在晶面为（0001)的AlN层上制作晶面为（0001)的AlxGa1 XN层。
[0015] 本发明的第四实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步 骤：
[0016] 步骤1 :取一晶面为（0001)的SiC衬底；
[0017] 步骤2 :在晶面为（0001)的SiC衬底上制作晶面为(〇〇〇?)的AlN层；
[0018] 步骤3 :在晶面为(000?)的AlN层上制作晶面为（〇〇〇?)的AlxGa1 XN层。
[0019] 本发明的第五实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步 骤：
[0020] 步骤1 :取一晶面力（〇(>〇 1)的SiC衬底；
[0021] 步骤2 :在晶面为(〇〇〇?)的SiC衬底上制作晶面为（0001)的AlN层；
[0022] 步骤3 :在晶面为（0001)的AlN层上制作晶面为（0001)的AlxGa1 ΧΝ层。
[0023] 本发明可以用在SiC基开关器件的制造，与已有的SiC基场效应晶体管相比，提尚 了沟道载流子的迀移率，从而降低器件的通态电阻，减小功耗。
【附图说明】
[0024] 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细 描述，其中：
[0025] 图1是本发明实施例1的结构示意图；
[0026] 图2是本发明实施例2的结构示意图；
[0027] 图3是本发明实施例3的结构示意图；
[0028] 图4是本发明实施例4的结构示意图；
[0029] 图5是本发明实施例5的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] (1)在SiC衬底材料之上可以有以下几种薄膜组合：（a)AlN(b)AlNAlxGa 1 ΧΝ薄 膜。根据纤锌矿结构自发极化和压电极化特性，AlxGalxN材料的晶格常数小于SiC衬底的， 即Al xGa1 ΧΝ材料生长在SiC材料上受到压应力产生与本身自发极化相反向的压电极化，而 衬底材料的压电极化为〇。两种材料在界面处会由于极化强度的变化产生极化感应电荷，其 计算公式如下：
[0031 ] P = - {[Psp (AlxGa1 XN) +Ppe (AlxGa1 ΧΝ) ] - [Psp (SiC) +Ppe (SiC) ]}
[0032] Psp和Ppe分别是相应材料的自发极化和压电极化。
[0033] (2)根据（1)中的计算公式，两种材料的界面处需形成正的极化面电荷才能吸引 二维电子气到异质结的势阱中，由于材料之间的极化方向和大小不同，材料的生长需满足 一定的晶面取向。即Al (Ga)面的AlxGalxN材料生长在（0001)面的SiC衬底上；或者Al 组份小于0. 6左右的N面的AlxGa1 XN材料生长在（0001)面SiC衬底上；或者Al组份大于 0. 6左右的Al (Ga)面的AlxGa1 XN材料生长在(〇〇:β?)面SiC衬底上。
[0034] 现结合附图和实施例对本发明做进一步陈述：
[0035] 实施例1
[0036] 请参阅图1所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下 步骤：
[0037] 步骤1 :取一晶面为（0001)的SiC衬底1，该晶面为（0001)的SiC衬底1是具有 六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为（0001)的衬底1是零偏角的晶面；
[0038] 步骤2 :在晶面为（0001)的SiC衬底1上制作晶面为（0001)的AlN层2。
[0039] 其中SiC衬底1为半绝缘的材料，厚度为3-10 μ m，AlN层2厚度为5nm-50nm，可 作适当的η型掺杂来补偿两种材料界面处二维电子的损失。沉积材料采用的生长方法可以 是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
[0040] 实施例2
[0041] 请参阅图2所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下 步骤：
[0042] 步骤1 :取一晶面为(00? ? )的SiC衬底1，该晶面为(〇(丨〇 ?)的SiC衬底1，是具有 六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为(0001)的SiC衬底1，是零偏角的晶面；
[0043] 步骤2 :在晶面为(〇〇〇1)的SiC衬底1，上制作晶面为（0001)的AlN层2。
[0044] 其中SiC衬底1，为半绝缘的材料，厚度