【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，属于半导体器件。
技术介绍
1、电力电子器件中，能效和功率密度是最为关键的两项指标。随着半导体技术的发展，传统的si基器件的性能提升已经十分接近si的物理极限，si基器件的能效和功率密度已难以再有显著突破。而由于具有高禁带宽度、高电子迁移率、高输出功率密度、低开关功率损耗等优点，gan材料以及gan器件受到了广泛的关注。其中algan/gan hemt器件在大功率和射频开关领域效果显著。
2、一个gan hemt器件，包括具有至少两个氮化物层的氮化物半导体。不同材料的氮化物接触会产生极化，可以在两层的交界处的异质结附近形成导电的二维电子气（2deg）区域，特别是在具有较窄带隙的层中。2deg存在于异质结之间，所以存在电流流动。为了实现常关器件，必须移除或耗尽2deg的一部分。常规的gan hemt器件是常开型的，在栅偏压为0v时器件是开启状态，必须给栅极施加负偏压才能关断。为了将hemt应用到大功率开关系统中，必须实现常关的增强型hemt器件，以降低关断状态下的电能损耗、简化驱动电路并且避免出现安全问题，这些在大功率和高速开关电路中是必须的。
3、目前，实现增强型gan hemt的方法主要有p-gan栅极、凹槽栅、氟离子注入以及共源共栅cascode结构四种。其中，凹槽栅技术需要进行刻蚀，刻蚀面上会存在大量损伤和缺陷，阈值电压以及可控性不好；氟离子注入时离子注入损伤会降低沟道中电子输运能力，阈值电压会随时间衰退，工艺有待提高；共源共栅ca
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，将in组分阶梯式变化的材料应用于栅极结构，提高了栅下能带，降低了栅下二维电子气（2deg）浓度，提高了器件的阈值电压，增强了器件的可靠性。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，自下而上依次包括衬底、缓冲层、gan沟道层和势垒层，所述势垒层两侧gan沟道层上方分别设置有源电极和漏电极，所述势垒层上方在源电极和漏电极之间依次设置有钝化层、栅电极和钝化层，所述栅电极下方与势垒层之间设置有in组分阶梯式变化的p-ingan栅极结构层。
4、优选的，所述p-ingan栅极结构层由1~3个p-ingan组合层自下而上堆叠构成；
5、每一p-ingan组合层中包括多个p-ingan层，多个p-ingan层中in组分自上而下由0每层阶梯式增大0.05至x，后由x每层阶梯式减小0.05至0。
6、优选的，x取值为0.1~0.25。
7、优选的，每一p-ingan层的厚度为2nm~3nm。
8、本专利技术采用渐变式p-ingan结构，x变化范围为0.1~0.25，其中in组分自下而上由0开始每层先增大0.05至x，后由x每层减小0.05至0，呈现阶梯式变化。相比于现有技术，本专利技术可有效将ingan厚度提高到16nm以上，ingan中的in组分可达到0.25，这有效地实现了高厚度、高组分的ingan生长，且由于采用渐变结构，有效降低了ingan生长过程中的晶格失配，从而提高了ingan质量。
9、优选的，所述p-ingan栅极结构层采用mg掺杂，浓度为3×1019cm-3，激活率为1%。
10、优选的，所述p-ingan栅极结构与漏极的横向距离为5μm～50μm。
11、进一步优选的，所述源电极、漏电极以及栅电极上均设置有互连金属。
12、进一步优选的，所述缓冲层的材料为gan，采用fe深能级掺杂，掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1018cm-3；
13、所述缓冲层厚度为1μm～10μm。
14、进一步优选的，gan沟道层厚度为100nm~500nm，n型掺杂浓度为1×1016cm-3；
15、所述势垒层的材料为algan，厚度为10～30nm；其中，al的组分为0.15～0.30。
16、进一步优选的，所述钝化层材料为sio2或si3n4。
17、本专利技术未详尽之处，均可参见现有技术。
18、本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术在algan势垒层上生长了in组分阶梯式变化的p-ingan栅极结构，与常规的栅极材料为p-gan的hemt器件相比，ingan的晶格常数与gan以及algan差距大，极化效果更强，提高栅下能带的作用更强。
20、本专利技术中p-ingan栅极结构与势垒层中，ingan与algan极化形成二维空穴气，增加了空穴浓度，耗尽了栅下二维电子气(2deg)，使栅下电子浓度更低。
21、本专利技术增强了栅极控制能力，提高了器件的阈值电压和器件可靠性。
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1.一种基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，自下而上依次包括衬底、缓冲层、GaN沟道层和势垒层，所述势垒层两侧GaN沟道层上方分别设置有源电极和漏电极，所述势垒层上方在源电极和漏电极之间依次设置有钝化层、栅电极和钝化层，所述栅电极下方与势垒层之间设置有In组分阶梯式变化的p-InGaN栅极结构层。
2.根据权利要求1所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述p-InGaN栅极结构层由1~3个p-InGaN组合层自下而上堆叠构成；
3.根据权利要求1所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，x取值为0.1~0.25。
4.根据权利要求3所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，每一p-InGaN层的厚度为2nm~3nm。
5.根据权利要求4所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述p-InGaN栅极结构层采用Mg掺杂，浓度为3×1019cm-3，激活率为1%。
6.根据权利要求5所述的基
7.根据权利要求6所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述源电极、漏电极以及栅电极上均设置有互连金属。
8.根据权利要求7所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述缓冲层的材料为GaN，采用Fe深能级掺杂，掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1018cm-3；
9.根据权利要求8所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述GaN沟道层厚度为100nm~500nm，n型掺杂浓度为1×1016cm-3；
10.根据权利要求9所述的基于In组分调控InGaN的增强型GaN功率器件，其特征在于，所述钝化层材料为SiO2或Si3N4。
...【技术特征摘要】
1.一种基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，其特征在于，自下而上依次包括衬底、缓冲层、gan沟道层和势垒层，所述势垒层两侧gan沟道层上方分别设置有源电极和漏电极，所述势垒层上方在源电极和漏电极之间依次设置有钝化层、栅电极和钝化层，所述栅电极下方与势垒层之间设置有in组分阶梯式变化的p-ingan栅极结构层。
2.根据权利要求1所述的基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，其特征在于，所述p-ingan栅极结构层由1~3个p-ingan组合层自下而上堆叠构成；
3.根据权利要求1所述的基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，其特征在于，x取值为0.1~0.25。
4.根据权利要求3所述的基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，其特征在于，每一p-ingan层的厚度为2nm~3nm。
5.根据权利要求4所述的基于in组分调控ingan的增强型gan功率器件，其特征在于，所述p-ingan栅极结...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，孙久继，韩吉胜，汉多科·林纳威赫，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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