[发明专利]基于III族氮化物材料的凹槽栅极结构的IGBT

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域。 

背景技术

III族氮化物材料具有大禁带宽度、高电子饱和速度、良好的抗辐射能力和高温性能等特点。相较于电力电子器件常用的Si材料，特别适合于高耐压应用。相较于同为宽禁带半导体材料的SiC，III族氮化物材料异质结结构可以提供较高的载流子浓度，器件应用中较易实现低导通电阻。综上两点，III族氮化物成为目前电力电子器件的理想材料之一。目前常用的基于III族氮化物材料的微电子器件主要包括异质结场效应管（HFET）、金属半导体场效应晶体管（MESFET）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）等，这些器件均为多子器件，高电压和低导通电阻无法同时兼顾。而绝缘栅型场效应管（IGBT）在工作时发射结可以沿导电沟道向耐压区注入非平衡载流子，其浓度远大于平衡时载流子浓度，因而在耐压区会导致强烈的电导调制现象，因而获得低导通电阻特性，可以兼顾高耐电压和低导通电压两个特性。 

利用III族氮化物材料制作绝缘栅型场效应管（IGBT）时，需要对III族氮化物材料进行掺杂。对于III族氮化物材料而言，一般掺杂方式有两种：注入掺杂和外延掺杂。对于外延掺杂，p型掺杂效率较低，且对于特定区域掺杂时，需要二次甚至多次外延生长，生长工艺复杂且容易导致设备沾污；对于注入掺杂，掺杂工艺十分困难，不利于实现。因而目前利用III族氮化物材料制作IGBT器件的制备难度比较大。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种基于III族氮化物材料的凹槽栅极结构的IGBT，本发明可以解决III族氮化物材料IGBT器件中的掺杂问题，减少工艺流程、降低器件成本。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于III族氮化物材料的凹槽栅极结构的IGBT，自上而下依次包括盖帽层、势垒层、沟道层、阻挡层、耐压层和集电层，还包括发射极、集电极和凹槽栅极；所述发射极位于盖帽层之上，所述集电极位于集电层之下；将所述凹槽栅极延伸到盖帽层及其以下的部分称为栅根；所述栅根的深度不小于盖帽层、势垒层、沟道层和阻挡层的深度之和；所述阻挡层为In_xAl_yGa_1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1）。 

所述阻挡层的厚度大于等于1nm，并且小于等于10um。 

所述阻挡层的掺杂方式为Fe掺杂或C掺杂。 

所述集电层为In_xAl_yGa_1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1），p型掺杂浓度为1E+17cm^-3到1E+21cm^-3之间，厚度在1nm到10μm之间。 

所述栅根的纵截面形状为矩形或者U型或者倒三角型或者倒梯形。 

在所述耐压层与集电层之间还设有缓冲层。 

所述耐压层为GaN，掺杂浓度为1E+17cm^-3到1E+20 cm^-3之间，厚度在1nm到10μm之间。 

其特征在于所述盖帽层为GaN、AlN、Al_xGa_1-xN（0＜x＜1）、SiN、Al₂O₃中的一种。 

所述势垒层为In_xAl_yGa_1-x-yN（0＜x＜1，0＜y≤1，0＜x+y≤1），厚度为1nm到50nm之间。 

采用上述技术方案取得的技术进步为：本发明在原有的绝缘栅型场效应管中应用特殊结构的凹槽栅极，使得发射区载流子可以沿凹槽栅极的侧壁穿过阻挡层进入耐压区；阻挡层采用大禁带宽度的In_xAl_yGa_1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1），可抬高阻挡层势垒，起到天然阻挡层的作用，因而无需在材料外延生长过程中进行阻挡层挖槽，解决了盖帽层、势垒层、沟道层需要二次外延的问题。使用该方案仅需采用一次外延，工艺简单，可避免二次外延带来的设备沾污，减少工艺流程，节约了工艺成本。 

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图； 

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图；