本发明专利技术提供一种制造垂直型高功率氮化镓PIN二极管的方法，其包含以下步骤：提供半导体积层或异质基板；以及在该半导体积层或该异质基板上形成平台。与一般Si和GaAs材料相比，宽能隙具材料(三氮化合物)有较佳的电子特性，因而操作稳定性和对温度的灵敏度低；非常具有适用于高功率电子的应用。本发明专利技术开发出垂直式氮化镓高功率元件提供反向击穿电压超过600V以上、较低的导通电组5-mΩ-cm2一下和顺向电流高达3-A/mm2。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术所公开是一种制造垂直型高功率氮化镓PIN二极管的方法，特别是在蓝宝 石基板上成长氮化镓约8um厚度的为低浓度掺杂层，反向击穿电压可达到600V以上、导通 电组5mQ-cm2以下。
技术介绍
垂直式III-N(Ill-Nitride)功率元件，包括功率二极管与功率电晶体；其中电晶 体将以垂渠型栅极MISFET为研制标的，然PIN二极管同时具有可兼监测磊晶品质。唯有较 低差排缺陷密度才具有较反向高击穿电压和低漏电流。 由于GaN的优异特性，诸如宽能隙（~3. 4eV)、高临界电场（~3MV/cm)、高电子 饱和速度（~2. 5X107cm/s)、热稳定性、化学惰性等，三族氮化物（Ill-Nitride)元件被视 为下一代功率元件基材之一。目前相对普遍的III-N功率元件结构为横向导通型AlGaN/ GaNHEMT元件，其主要特点包括：1)具有高浓度、高迁移率的原生2DEG(二维电子气）（n~ 1X1013cnT2,yn~1500cm2/V-s)，利于降低导通电阻；2)元件结构相对简单，所需的工序 技术相对成熟。此外，借由实现低缺陷异质磊晶，成长III-N元件于如硅晶圆等常用基板， 相对于另一潜力基材SiC，将更凸显其成本优势。然击穿电压可达2000V以上，导通电阻 为14. 8mQ-cm2的AlGaN/GaNHEMT，性能超越硅基功率电晶体，其为常开型（Normally-On/ DepletionMode)兀件，Vth为_2. 8V。 然而AlGaN/GaNHEMT结构伴随着一些不易解决的缺点：1)由于是横向导通元件， 需占用较大的晶片面积，且特征导通电阻（Rm，sp)不易降低。2)高达~1013cnT2的原生2DEG 浓度导致元件的阀值电压（Vth)通常是负值，造成Normally-on(常开）的特性。3)由于是 表面横向型元件，电流的路径非常接近表面，任何表面缺陷将会影响元件的直流和切换特 性。4)表面钝化（Passivation)层的特性非常重要，其影响元件的击穿特性和可靠度。目 前很多的研究集中在这个领域，然而进展有限，尚未成功的导入高功率的市场，产品的规格 在200V以下。以目前最成熟的硅功率元件的经验来看，绝大部分电化运输系统中使用的 离散型（Discrete)功率元件均为垂直式结构，如UM0SFET、DM0SFET、IGBT等等，因此若能 发展垂直式(初期为准垂直式）的III-N元件，包括二极管与电晶体，将会有非常大的优势。 2005年美国的Velox公司（现为STMicroelectronics合并)实现600V准垂直式肖特基二 极管（SchottkyBarrierDiode，SBD)于蓝宝石基板上，宣称其特性和碳化硅肖特基二极管 相当，而成本可以降低一半。日本P0WDEC于2010年底以磊晶层移转技术实现600V垂直式 肖特基二极管。2011年北卡大学Prof.Baliga的研究群发表在BulkGaN材料上制作的垂 直式肖特基二极管击穿击穿电压可达1650V。 磊晶与工序技术开发，对垂直式元件的成功开发与否，至为重要。举例而言， 0n-GaN元件磊晶技术可提供高品质垂直式结构，低缺陷异质磊晶技术、磊晶层移转键合技 术为准垂直式进化至垂直式结构的关键，择区性/二次III-N磊晶技术、区域性掺杂及活 化技术为所有元件的基础，高品质栅极介电层沉积技术为MISFET元件制作的关键。此关 键技术的执行皆须辅以材料(磊晶、工序）检析技术。元件应用并整合前述关键技术逐步实 现高功率元件。对功率晶体管而言，常关型（Normally-Off)的特性对电力系统的操作安全 (Fail-Safe)极为重要，一般600-VSiMOSFET的阀值电压（Vth)约须达2. 5V以上以避免误 动作。如为采用非导电基板或缓冲层，且磊晶层转移键合技术尚无法施行前，准垂直式结构 为测试工序的阶段性目的，源极（S)及漏极（D)将同位于元件上表，考虑都为有限的接触面 积(不像垂直结构可以全晶背作为漏极)，且低电阻欧姆接触（Pl〇_6Q-cm2)的形成有赖 高温（~800°C以上）退火，为不影响栅极（G)介电层特性，同时保留其工序弹性。 除元件嘉晶品质与主动区结构外，边缘电场抑制（EdgeTermination)对元件的 高压特性亦极为重要，特别是当内建极化或压电电场的存在使有效临界电场降低时。例如 熟知横向元件用以抑制栅极端边缘电场所采用的FieldPlate(FP)(场板）及Recessed Gate(凹栅)，或二极管元件用于抑制主动区电极边缘电场的FieldPlate、Junction TerminationExtension(JTE)(终结端扩展)、GuardRing(保护环）等。借由采用高介电 系数（High-k)FP，4H-SiCSBD(肖特基势垒二极管）的接面边缘最大电场可自7MV/cm降至 3. 6MV/cm，促使实际元件击穿击穿电压达到2249V，约为理论值的90%。另两种边缘电场抑 制技术JTE与离子注入形成的GuardRing。另日本P0WDEC今年（2012)发表击穿击穿电 压高达 6000V的分极接合晶体管（PolarizationJunctionHFET，PJ-HFET)，其利用p-GaN 覆盖层使AlGaN层产生分极电荷，促使栅/漏极间的电场均匀化。
技术实现思路
本专利技术公开与一种高功率PIN二极管有关，特别是在蓝宝石基板上成长氮化镓约 8um厚度的为低浓度掺杂层，反向击穿击穿电压可达到600V以上、导通电组5mQ-cm2以下。 具体为： 一种制造垂直型高功率氮化镓PIN二极管的方法，其包含以下步骤： 提供半导体积层或异质基板；以及 在该半导体积层或该异质基板上形成平台。 如本专利技术的方法，其中，该半导体积层或该异质基板包含上层区块与下层区块；该 下层区块为该平台且紧邻半导体积层或异质基板上表面；以及该上层区块为垂直型高功率 氮化镓PIN的二极管层，与该半导体积层或异质基板一体成型且连续性衔接。 如本专利技术中任一项的制造方法，其中，欧姆接触与浓度为lxl019cnT3的N型氮化镓； 当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造垂直型高功率氮化镓PIN二极管的方法，其包含以下步骤：提供半导体积层或异质基板；以及在该半导体积层或该异质基板上形成平台。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄智方，张庭辅，刘格成，曾裕誊，邱绍谚，
申请(专利权)人：郑克勇，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。