一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法，所述GaN基准垂直结势垒肖特基二极管包括衬底层、传输层、漂移层、P

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件及其制作工艺
，具体是指一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，第三代半导体材料，例如氮化镓，SiC等受到人们的广泛关注。相对于传统半导体材料，氮化镓材料具有高击穿场强、高电子迁移率和饱和速度，且其在高温和辐照下有着高可靠性，在电力电子和射频微波电子器件领域展现出巨大的潜力。然而，在常规的横向结构电子器件中，电流崩塌和自热效应等严重制约着器件的发展。在此背景下，纵向结构GaN电力电子器件成为了突破障碍的新方向，其具有功率密度高，可靠性高，热分布均匀等优点。而基于异质衬底的GaN基准垂直结构电子器件由于衬底成本低，兼具性能和价格优势，更易进行商业化推广。
[0003]根据不同的阳极区域分类，GaN基准垂直结构二极管主要分为四种类型：PiN二极管，肖特基二极管(SBD)，混合整流二极管(Merged PiN/Schottky，MPS)以及结势垒肖特基二极管(Junction Barrier Schottky，JBS)。PiN二极管为少子器件，正向导通时正向导通电阻较小，外加反向偏压时，PN结承受电压，反向耐压较高，且反向漏电较小；肖特基二极管正向导通时肖特基结开启，导通电压一般较低<1V，开关速度快。而GaN基准垂直结势垒肖特基二极管在结合了SBD和PiN器件优点的同时也避开了两者的缺点，即开启电压低，正向电流大，反向耐压高、漏电小等。
[0004]在高压、大电流电路中，传统的PiN二极管具有较好的反向耐压性能，且在大电流密度下的正向压降很低，呈现低阻状态。然而，由于少子存储电荷多，寿命较长，反向恢复速度受到限制，功率二极管的开关速度相应的降低，尤其是反向恢复特性差，越来越不能满足功率开关器件的发展要求。所以，高频化的电力电子电路中，不仅要求功率二极管的正向恢复特性要好，即正向瞬态压降小，恢复时间短，尤其要求反向恢复特性好，即反向恢复时间短，反向恢复电荷少。
[0005]所以，一种具有二次外延P型凹槽阳极的GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法成为人们亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是在高压、大电流电路中，传统的PiN二极管具有较好的反向耐压性能，且在大电流密度下的正向压降很低，呈现低阻状态。然而，由于少子存储电荷多，寿命较长，反向恢复速度受到限制，功率二极管的开关速度相应的降低，尤其是反向恢复特性差，越来越不能满足功率开关器件的发展要求。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，所述GaN基准垂直结势垒肖特基二极管包括衬底层、传输层、漂移层、P
+
二次外延层、阳极和阴极；
[0008]所述传输层设置于衬底层上方；
[0009]所述漂移层设置于传输层上方；
[0010]所述漂移层上设有若干凹槽，所述P
+
二次外延层设置于凹槽中；
[0011]所述阳极设置于漂移层顶面和P
+
二次外延层上面及内侧面上；
[0012]所述阴极设置于传输层顶面。
[0013]进一步的，所述衬底层的材质包括但不限于蓝宝石、Si、SiC。
[0014]进一步的，所述传输层为N
+
GaN传输层，所述N
+
GaN传输层的厚度为1
‑
4um；所述漂移层为N
‑
GaN漂移层，所述N
‑
GaN漂移层的厚度为3
‑
9um。
[0015]进一步的，所述凹槽的深度为500nm。
[0016]进一步的，所述P
+
二次外延层的厚度为300nm
‑
400nm。
[0017]一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管的制作方法，包含一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，所述GaN基准垂直结势垒肖特基二极管的制作方法如下所示：
[0018]步骤1、选取蓝宝石、Si、SiC材质作为衬底层；
[0019]步骤2、在衬底层上，依次生长重掺杂的N
+
GaN传输层和轻掺杂的N
‑
GaN漂移层；
[0020]步骤3、在P
+
二次外延层结构上设置用于阴极接触的台面；
[0021]步骤4、在台面结构上制作阴极接触；
[0022]步骤5、采用ICP刻蚀技术，在漂移层结构上刻蚀出用于淀积P
+
二次外延层的阳极凹槽；
[0023]步骤6、采用MOCVD工艺，在器件表面生长P
+
二次外延层；
[0024]步骤7、采用ICP刻蚀技术，刻蚀去除阳极凹槽外的P
+
二次外延层；
[0025]步骤8、在漂移层顶面、P
+
二次外延层上面和内侧面制作阳极。
[0026]本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术所制备的具有二次外延p型凹槽阳极的GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，阳极凹槽中的P+二次外延层，即重掺杂的P型GaN，与N
‑
GaN漂移层之间形成PN结，保留了传统JBS的优点，如开启电压低，反向漏电小和耐压高，且开关速率高；
[0027]本专利技术所制备的具有二次外延p型凹槽阳极的GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，其阳极肖特基金属深入阳极凹槽中并被P+二次外延层包围，梳状阳极肖特基金属可以有效分散器件反向偏置时的电场，提高二极管的反向耐压能力，减小反向漏电；本专利技术设计合理，值得大力推广。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管的剖面结构示意图。
[0029]图2是本专利技术一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管的制作方法的工艺流程示意图。
[0030]如图所示：1、衬底层，2、传输层，3、漂移层，4、P
+
二次外延层，5、阳极，6、阴极，7、凹槽。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管及其制作方法做进
一步的详细说明。
[0032]结合附图1
‑
2，对本专利技术进行详细介绍。
[0033]一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，所述GaN基准垂直结势垒肖特基二极管包括衬底层1、传输层2、漂移层3、P
+
二次外延层4、阳极5和阴极6；
[0034]所述传输层2设置于衬底层1上方；
[0035]所述漂移层3设置于传输层2上方；
[0036]所述漂移层3上设有若干凹槽7，所述P
+
二次外延层4设置于凹槽7中；
[0037]所述阳极5设置于漂移层3顶面和P
+
二次外延层4上面及内侧面上；
[0038]所述阴极6设置于传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述GaN基准垂直结势垒肖特基二极管包括衬底层(1)、传输层(2)、漂移层(3)、P
+
二次外延层(4)、阳极(5)和阴极(6)；所述传输层(2)设置于衬底层(1)上方；所述漂移层(3)设置于传输层(2)上方；所述漂移层(3)上设有若干凹槽(7)，所述P
+
二次外延层(4)设置于凹槽(7)中；所述阳极(5)设置于漂移层(3)顶面和P
+
二次外延层(4)上面及内侧面上；所述阴极(6)设置于传输层(2)顶面。2.根据权利要求1所述的一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述衬底层(1)的材质包括但不限于蓝宝石、Si、SiC。3.根据权利要求1所述的一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述传输层(2)为N
+
GaN传输层，所述N
+
GaN传输层的厚度为1
‑
4um；所述漂移层(3)为N
‑
GaN漂移层，所述N
‑
GaN漂移层的厚度为3
‑
9um。4.根据权利要求1所述的一种GaN基准垂直结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述凹槽(7)的深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斌，白俊春，平加峰，
申请(专利权)人：上海格晶半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：