【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体，具体涉及一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构及其制备方法。
技术介绍
1、氮化镓(gan)作为第三代宽禁带半导体，材料本身具有高击穿电压、高电子迁移率和高频率等优点，gan基电力电子器件在移动消费类电子、电动汽车、光伏、数据中心、无人机等电力电子系统应用领域具有广泛前景。其中，gan基二极管具有开关频率高、工作结温高、导通电阻低等诸多优势。
2、目前，现有技术已经进行了大量gan基器件的研究和制备，以满足对大功率电子器件日益增长的需求。特别地，与平行型gan器件相比，gan垂直型二极管具有更小的面积，更好的散热和更高的耐压。
3、为了使器件进一步减小导通电阻和提高击穿电压，gan超级结结构的概念被提出。但是，制造gan超级结结构的器件往往需要复杂的刻蚀和再生长工艺，这样会引入大量的刻蚀缺陷，并且会导致材料的不均匀性，进而造成严重的可靠性问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、第一方面，本专利技术提供一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，包括：
3、提供一衬底，并在所述衬底表面生长外延阻挡层；
4、刻蚀所述外延阻挡层的至少部分介质材料直至露出所述衬底，并在露出的衬底表面进行选区外延，依次生长得到重掺杂n+-gan层、n-gan层和p-gan包裹层，所
5、在所述外延阻挡层和所述p-gan包裹层表面生长sio2层；
6、在所述sio2层远离衬底的一侧制作阳极；
7、在所述衬底远离外延阻挡层制作阴极，得到所述基于选区生长的垂直超级结二极管结构。
8、在本专利技术的一个实施例中，提供一衬底，并在所述衬底表面生长外延阻挡层的步骤，包括：
9、提供一晶面为(111)的重掺杂p型si衬底；
10、利用低压力化学气相沉积lpcvd工艺在所述p-si衬底表面沉积介质材料，形成外延阻挡层，所述外延材料为sio2、sin、alon或al2o3中的一种。
11、在本专利技术的一个实施例中，刻蚀所述外延阻挡层的至少部分介质材料直至露出所述衬底，并在露出的衬底表面进行选区外延，依次生长得到重掺杂n+-gan层、n-gan层和p-gan包裹层的步骤，包括：
12、刻蚀掉所述外延阻挡层中预设区域的介质材料，直至露出所述衬底；
13、在露出的衬底表面外延生长si元素掺杂浓度为1×1018～1×1021cm-3的重掺杂n+-gan层；
14、在所述重掺杂n+-gan层的表面生长si元素掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1018cm-3的n-gan层；
15、在所述重掺杂n+-gan层及所述n-gan层的外表面生长mg元素掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3的p-gan包裹层。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述重掺杂n+-gan层的厚度为0.1um～5um，所述n-gan层的厚度为1um～10um，所述p-gan包裹层的厚度为5nm～500nm。
17、在本专利技术的一个实施例中，在所述外延阻挡层和所述p-gan包裹层表面生长sio2层的步骤，包括：
18、在所述外延阻挡层远离所述衬底的一侧旋涂或沉积绝缘介质高分辨电子束hsq光刻胶，使hsq光刻胶覆盖于所述p-gan层和外延阻挡层的表面，并通过高温退火或电子束轰击，形成sio2层，沿垂直于衬底所在平面的方向，所述sio2层的高度大于所述p-gan包裹层的高度。
19、在本专利技术的一个实施例中，在所述sio2层远离衬底的一侧制作阳极的步骤，包括：
20、利用光刻显影技术，以光刻胶作为掩膜层在所述sio2层表面形成阳极区域；
21、图像化刻蚀掉所述阳极区域内的sio2，直至露出所述p-gan包裹层；
22、在露出的p-gan包裹层表面淀积阳极金属并与所述p-gan包裹层形成欧姆接触，所述阳极金属包括al或ni或pt/au或ni/au或ni/ag/ti/au。
23、在本专利技术的一个实施例中，在所述衬底远离外延阻挡层制作阴极的步骤之前，还包括：
24、减薄所述衬底的厚度；
25、在所述衬底远离外延阻挡层制作阴极，得到所述基于选区生长的垂直超级结二极管结构的步骤，包括：
26、对所述衬底进行背孔刻蚀；
27、在所述背孔内淀积阴极金属并与所述重掺杂n+-gan层形成欧姆接触，所述阴极金属包括al或ti/al或ti/al/au或ti/al/ni/au或ti/al/pt/au。
28、在本专利技术的一个实施例中，对所述衬底进行背孔刻蚀的步骤，包括：
29、利用光刻显影技术，以所述hsq光刻胶作为掩膜层，刻蚀阴极欧姆接触区的衬底，形成贯穿衬底直至所述重掺杂n型gan层下表面的背孔。
30、第二方面，本专利技术提供一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构，采用第一方面所述的方法制备得到，包括：
31、衬底；
32、位于所述衬底一侧的外延阻挡层，所述外延阻挡层包括通孔；
33、位于所述衬底一侧的重掺杂n+-gan层；
34、位于所述重掺杂n+-gan层远离衬底一侧的n-gan层，其中，沿垂直于衬底所在平面的方向，重掺杂n+-gan层与n-gan层的正投影位于所述通孔内；
35、位于所述重掺杂n+-gan层和所述n-gan层外表面的p-gan包裹层；
36、位于所述外延阻挡层和所述p-gan包裹层外表面的sio2层；
37、位于所述sio2层远离衬底一侧的阳极；
38、位于所述衬底远离外延阻挡层一侧的阴极。
39、在本专利技术的一个实施例中，所述阳极与所述p-gan包裹层形成欧姆接触，所述阴极通过衬底中的背孔与所述重掺杂n+-gan层形成欧姆接触。
40、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
41、本专利技术提供一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构及其制备方法，制备时通过在衬底表面进行选区外延，依次生长重掺杂n+-gan层、n-gan层和p-gan包裹层，交替的n型区域与p型区域形成gan超级结，该过程中不需要经过再刻蚀，制备方法简单，所制备的器件可靠性、一致性高；并且，选区外延的过程中可以通过控制外延生长条件如v/ⅲ比来控制生长材料的厚度，其中p型区域和n型区域形成的超结有利于形成电荷平衡。
42、此外，理论上一维单极功率器件会受到导通电阻随击穿电压而平方增加的折中限制，本专利技术提供的二极管采用垂直超结结构，由于垂直超结结构器件基于的是二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，提供一衬底，并在所述衬底表面生长外延阻挡层的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，刻蚀所述外延阻挡层的至少部分介质材料直至露出所述衬底，并在露出的衬底表面进行选区外延，依次生长得到重掺杂n+-GaN层、n-GaN层和p-GaN包裹层的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，所述重掺杂n+-GaN层的厚度为0.1um～5um，所述n-GaN层的厚度为1um～10um，所述p-GaN包裹层的厚度为5nm～500nm。
5.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，在所述外延阻挡层和所述p-GaN包裹层表面生长SiO2层的步骤，包括：
6.根据权利要求5所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，在所述Si
7.根据权利要求6所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，在所述衬底远离外延阻挡层制作阴极的步骤之前，还包括：
8.根据权利要求7所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，对所述衬底进行背孔刻蚀的步骤，包括：
9.一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构，其特征在于，采用权利要求1～8任一所述的方法制备得到，包括：
10.根据权利要求9所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，所述阳极与所述p-GaN包裹层形成欧姆接触，所述阴极通过衬底中的背孔与所述重掺杂n+-GaN层形成欧姆接触。
...【技术特征摘要】
1.一种基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，提供一衬底，并在所述衬底表面生长外延阻挡层的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，刻蚀所述外延阻挡层的至少部分介质材料直至露出所述衬底，并在露出的衬底表面进行选区外延，依次生长得到重掺杂n+-gan层、n-gan层和p-gan包裹层的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，所述重掺杂n+-gan层的厚度为0.1um～5um，所述n-gan层的厚度为1um～10um，所述p-gan包裹层的厚度为5nm～500nm。
5.根据权利要求1所述的基于选区生长的垂直超级结二极管结构的制备方法，其特征在于，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李祥东，翟丽荔，张婕，李秋爽，刘通，程智博，张远航，游淑珍，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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