一种具有散热结构的超结二极管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种具有散热结构的超结二极管及其制作方法，上述的超结二极管包括衬底、外延层、附着层及多晶金刚石层；外延层设于衬底上；外延层背离衬底的一侧设有多级沟槽，多级沟槽沿第一方向延伸，多级沟槽的内壁覆盖设有附着层，多晶金刚石层沿第一方向延伸填充于多级沟槽内，以构建形成具有散热结构的超结结构。该超结二极管将多晶金刚石镶嵌到二极管内部，不仅能够有利于将器件内部的热量散发，还能形成超结结构，使得垂直方向上的电场从原始梯形分布变成了矩形分布，增大器件耐压值，而且多级沟槽的结构既能保证热量能及时散出，又能减小导通电阻，该结构在具有散热功能的同时，还能缓解正向导通电阻与反向耐压之间的矛盾。盾。盾。

【技术实现步骤摘要】
一种具有散热结构的超结二极管及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种具有散热结构的超结二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]功率器件的运用范围越来越广泛，从手机、新能源汽车快速充电到光伏发电和高压电网输电，渗透到了生活中的方方面面。功率器件运用于电路中主要起到开关的作用。
[0003]其中，在功率开关的开态应用中，通过功率器件中的电功率最终会转换成热功率，这部分热量会被功率器件吸收，导致器件温度升高，根据P＝I2R得知功率大小与I2、R成正比，其中I是通过器件的电流，R是器件的导通电阻，当功率器件中通过较大的电流或者存在较大的导通电阻时，最终会导致器件温度升高，器件的温度升高反过来会降低载流子迁移率，增大器件的导通电阻。当器件中的正向电流值维持恒定时，器件会形成热电正反馈，器件功率越来越大，温度也越来越高，最终导致器件热失效。在现有技术中，为了实现降低器件正向工作时的温度，通常使用的方法是将散热物体与正面电极接触，通过热传导的方式将热量从器件内部传递到边界，实现器件降温，其带来的成本较高。
[0004]此外，功率器件的正向导通电阻和反向耐压是两个重要指标，通常需要增减漂移区掺杂浓度和漂移区厚度来满足其中的某一个指标，但另外一个指标会随之恶化，二者之间相互折中，器件调整的方向有限。在现有技术中通常是通过减小漂移区掺杂浓度和加厚漂移区厚度来实现高耐压，然而，漂移区内的电场分布为梯形或者三角形，增大反向耐压的同时也会增大器件的正向导通电阻，二者之间存在较强的矛盾，在硅基器件中Ron
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，即反向耐压增加很小一部分，正向导通电阻就会增大很大。
[0005]因此，有必要设计出能够在提高器件耐压和减小导通电阻的同时，将功率器件产生的热量及时散出，降低器件工作温度的新的二极管器件。

技术实现思路

[0006]基于上述表述，本专利技术提供了一种具有散热结构的超结二极管及其制作方法，以解决现有技术中功率器件散热困难，同时器件具有较强的正向导通电阻与反向耐压的矛盾的技术问题。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种具有散热结构的超结二极管，包括：衬底、外延层、附着层及多晶金刚石层；
[0009]所述外延层设于所述衬底上；
[0010]所述外延层背离所述衬底的一侧设有多级沟槽，所述多级沟槽沿第一方向延伸，所述多级沟槽的内壁覆盖设有所述附着层，所述多晶金刚石层沿所述第一方向延伸填充于所述多级沟槽内，以构建形成具有散热结构的超结结构。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0012]进一步地，所述深沟槽为多级沟槽，包括多个子沟槽；
[0013]多个所述子沟槽沿所述第一方向依次布设，且多个所述子沟槽的宽度沿所述第一方向逐渐减小。
[0014]进一步地，所述多级沟槽包括多个子沟槽；
[0015]多个所述子沟槽沿所述第一方向依次布设，且多个所述子沟槽的宽度沿所述第一方向逐渐减小。
[0016]进一步地，所述多级沟槽的单侧截面呈阶梯状。
[0017]进一步地，所述多级沟槽为多个；
[0018]多个所述多级沟槽沿第二方向依次间隔布设；所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。
[0019]进一步地，所述多晶金刚石层包括多个子金刚石层；
[0020]多个所述子金刚石层均为掺杂多晶金刚石；
[0021]多个所述子金刚石层一一对应设于多个所述子沟槽中。
[0022]进一步地，多个所述子金刚石层的掺杂浓度各不相同。
[0023]进一步地，所述具有散热结构的超结二极管还包括金属层；
[0024]所述金属层设于所述多晶金刚石层的顶部，以构建形成欧姆接触。
[0025]进一步地，所述具有散热结构的超结二极管还包括阳极和阴极；
[0026]所述阳极设于所述外延层背离所述衬底的一侧，所述阳极与所述金属层；
[0027]所述阴极与所述衬底背离所述外延层的一侧欧姆接触。
[0028]第二方面，本专利技术还提供一种用于制作如第一方面中任一项所述的具有散热结构的超结二极管的制作方法，包括：
[0029]采用外延生长法在衬底上生长外延层；
[0030]对所述外延层进行刻蚀，得到多级沟槽；
[0031]在所述多级沟槽的底部和侧壁、及所述外延层的上表面沉积氧化铝薄膜，形成附着层；
[0032]采用微波等离子体化学气相沉积法在所述多级沟槽内沉积多层多晶金刚石，形成多晶金刚石层；
[0033]腐蚀去除所述外延层上表面的氧化铝薄膜，并在所述多晶金刚石层的上表面沉积金属。
[0034]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0035]进一步地，在所述多晶金刚石层的上表面沉积金属之后，还包括：
[0036]在所述多晶金刚石层和所述外延层的上表面沉积金属，形成阳极；
[0037]在所述衬底的底部沉积金属，形成阴极。
[0038]与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
[0039]本专利技术提供的具有散热结构的超结二极管通过设置衬底、外延层、附着层及多晶金刚石层；外延层背离衬底的一侧设有多级沟槽，多级沟槽沿第一方向延伸，多级沟槽的内壁覆盖设有附着层，多晶金刚石层沿第一方向延伸填充于多级沟槽内，以构建形成具有散热结构的超结结构。相较于现有技术，本专利技术提供的具有散热结构的超结二极管具有如下优势：
[0040]第一、多晶金刚石的热导率能够达到2000w/(m*k)，是目前已知半导体材料中热导率最大的，将多晶金刚石镶嵌到二极管器件内部，有利于及时将器件内部的热量散发，尤其是对氧化镓这类热导率差的器件，可以很好地解决器件散热问题，可将氧化镓器件运用到更广的领域。
[0041]第二、多级沟槽中的多晶金刚石与外延层能够形成超结结构，超结结构使得垂直方向上的电场从原始梯形分布变成了矩形分布，增大了器件耐压值，同时在保持相同的耐压情况下，器件外延层具有更高的外延浓度，因而具有更小的正向导通电阻。例如，在硅基器件中，超结结构的器件正向导通电阻与反向耐压之间的关系为Ron
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，相较于现有技术，有很大的进步。
[0042]第三、采用多级沟槽的结构可以在保持反向电压不退化的情况下，进一步减小器件的导通电阻，器件的热量主要集中在正向电极附近，多级沟槽的结构既能保证热量能及时散出，又能减小导通电阻。
[0043]因此，上述的具有散热结构的超结二极管能够在具有散热功能的同时，还能够缓解正向导通电阻与反向耐压之间矛盾，为制作高耐压、大电流、高可靠性的功率器件奠定基础。
附图说明
[0044]图1为本专利技术实施例提供的具有散热结构的超结二极管的结构示意图；
[0045]图2为本专利技术实施例提供的多级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有散热结构的超结二极管，其特征在于，包括：衬底、外延层、附着层及多晶金刚石层；所述外延层设于所述衬底上；所述外延层背离所述衬底的一侧设有多级沟槽，所述多级沟槽沿第一方向延伸，所述多级沟槽的内壁覆盖设有所述附着层，所述多晶金刚石层沿所述第一方向延伸填充于所述多级沟槽内，以构建形成具有散热结构的超结结构。2.根据权利要求1所述的具有散热结构的超结二极管，其特征在于，所述多级沟槽包括多个子沟槽；多个所述子沟槽沿所述第一方向依次布设，且多个所述子沟槽的宽度沿所述第一方向逐渐减小。3.根据权利要求2所述的具有散热结构的超结二极管，其特征在于，所述多级沟槽的单侧截面呈阶梯状。4.根据权利要求3所述的具有散热结构的超结二极管，其特征在于，所述多级沟槽为多个；多个所述多级沟槽沿第二方向依次间隔布设；所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。5.根据权利要求2所述的具有散热结构的超结二极管，其特征在于，所述多晶金刚石层包括多个子金刚石层；多个所述子金刚石层均为掺杂多晶金刚石；多个所述子金刚石层一一对应设于多个所述子沟槽中。6.根据权利要求5所述的具有散热结构的超结二极管，其特征在于，多个所述子金刚石层的掺杂浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊，徐少东，彭若诗，郭飞，王宽，魏强民，黄俊，杨冰，吴畅，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：发明
国别省市：