[发明专利]一种周期栅结构的p-GaN常闭型功率器件

说明书

本发明公开了一种周期栅结构的p‑GaN常闭型功率器件。所述器件自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、插入层以及势垒层；势垒层上方设置有源极和漏极，源极和漏极之间设置有形成于势垒层上的周期性p‑GaN/InGaN层，栅极设置于周期性p‑GaN/InGaN层上。周期性p‑GaN/InGaN层自下至上周期分布有多层低铟组分的Insubgt;b/subgt;Gasubgt;1‑b/subgt;N层和高铟组分的Insubgt;a/subgt;Gasubgt;1‑a/subgt;N层，且相邻的低铟组分的Insubgt;b/subgt;Gasubgt;1‑b/subgt;N层和高铟组分的Insubgt;a/subgt;Gasubgt;1‑a/subgt;N层之间均设置有p‑GaN层。本发明可以有效地提高p‑GaN中Mg的离化效率，因此在保证栅下二维电子气耗尽的基础上可以降低Mg的掺杂浓度。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种周期栅结构的p-GaN常闭型功率器件。

背景技术

随着高压开关与射频电路的快速发展，高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)受到了越来越多的关注。从安全性及成本考虑，常闭型器件是其应用的主流趋势。从当前的研究来看，凹槽型器件和氟离子注入型器件等均在工艺精确控制以及工艺所带来的损伤问题等方面存在较大瓶颈，尽管已经提出减小损伤的一些方案，但是器件的可靠性及工艺重复性问题还未得到很好的解决。

现有的主流方案是采用p-GaN层器件，通过生长一层p-GaN层以耗尽栅下的二维电子气。但仍然存在一些问题：由于p-GaN中Mg的离化效率极低，约为Mg掺杂浓度的1％-2％，因此需要较大的掺杂浓度才能有效耗尽栅下的二维电子气。这会使得Mg很容易扩散到势垒层及沟道层，造成器件可靠性退化(N.E.Posthuma,et al,2016 28^th ISPSD conference)。因此，一方面需要提高Mg的离化效率；另一方面，需要减小掺杂空穴浓度或者引入阻挡层来限制Mg向下扩散。

发明内容

基于此，为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种周期栅结构的p-GaN常闭型功率器件。通过变铟组分的p-GaN/InGaN层之间的阶梯型极化电场有效提高了Mg的离化效率，并且周期性的InGaN层也起到了阻挡Mg扩散到势垒层及沟道层的作用。

本发明的目的至少通过现有技术方案之一实现。

一种周期栅结构的p-GaN常闭型功率器件，自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、插入层以及势垒层；

势垒层上方设置有源极和漏极，源极和漏极之间设置有形成于势垒层上的周期性p-GaN/InGaN层，栅极设置于周期性p-GaN/InGaN层上。

进一步地，所述周期性p-GaN/InGaN层自下至上周期分布有多层低铟组分的In_bGa_1-bN层和高铟组分的In_aGa_1-aN层，且相邻的低铟组分的In_bGa_1-bN层和高铟组分的In_aGa_1-aN层之间均设置有p-GaN层。

进一步地，p-GaN层的p-GaN中掺Mg，空穴浓度为2E17-2E18 cm^-3。

进一步地，所述周期性p-GaN/InGaN层总厚度为80-120nm，其中，所有p-GaN层的总厚度为60-90nm，每层低铟组分的In_bGa_1-bN层的厚度为5-10nm，每层高铟组分的In_aGa_1-aN层的厚度为0.5-5nm。