【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于宽禁带半导体材料氮化镓(gan)中功率二极管器件领域，具体涉及一种在gan垂直结构pn二极管中实现结型终端(junction termination extension,jte)的方法。
技术介绍
1、现代社会的运行与发展与“电”息息相关，而在电能的产生、传输和使用过程中，电力电子系统是不可或缺的。功率电子器件在电力电子系统中主要负责电能的转换和传输，决定了电力电子系统的运行效率及电能质量。传统功率电子器件受限于其材料特性，已不能满足多元化的应用场景，与传统的硅(si)、砷化镓(gaas)等第一、二代半导体材料相比，以氮化镓(gan)为首的第三代半导体材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、临界击穿场强高等特性，使其在高频、高效、高功率等电力电子领域具有巨大前景。gan功率器件按结构类型可分为水平结构和垂直结构功率器件。水平结构功率器件受限于其横向尺寸与耐压折衷关系、热管理难、可靠性差等因素，而gan垂直结构功率器件不存在上述问题，在未来中高压功率器件领域具有良好的应用前景。gan垂直结构功率器件根据器件类型可分为二极管和三极管，其中二极管包括肖特基二极管(schottky barrier diodes，sbds)和pn二极管，pn二极管具有更高的势垒高度，易于实现高耐压器件。
2、由于gan垂直结构pn二极管在结边缘存在电场集聚效应，使得器件提前击穿，因此设计合适的结终端以削弱电场集聚效应是提升pn二极管耐压的关键。结终端扩展(junction termination extension,jte)作为
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种在gan垂直结构pn二极管中实现jte结终端的方法。该方法通过在pn结边缘处氢处理以及热退火技术，实现了从主结区到结边缘空穴浓度的梯度渐变分布的jte结终端(gradient hole density-jte，ghd-jte)，有效削弱电场集聚效应，提高器件耐压。
2、本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种在gan垂直结构pn二极管中实现jte结终端的方法，所述gan全垂直结构pn二极管从上往下依次包括：外延的重掺p型gan层、轻掺n型gan漂移层、重掺n型gan电流扩展层和同质重掺n型gan衬底，阳极金属设置在最上层重掺p型gan层表面形成欧姆接触，阴极金属设置在最下层同质重掺n型gan衬底背面形成欧姆接触，其特征在于，在重掺p型gan层靠近刻蚀边界处进行氢等离子体处理，使氢离子与重掺p型gan层中mg受主形成mg-h复合体从而钝化氢处理区域p型gan，同时采用热退火处理使氢离子在重掺p型gan中扩散形成梯度分布，从而在主结区至结边缘之间形成空穴浓度梯度渐变分布，最终实现jte结终端。
4、进一步，所述氢等离子体处理采用感应耦合等离子体(inductively coupledplasma，icp)，处理的条件为：icp power＝500～1000w，rf power＝10～25w，h2 flow＝40～50sccm，pressure＝2～3pa，time＝100～200s。
5、进一步，所述热退火处理的条件为：氮气氛围，温度范围为400～450℃，时间为15s～12min。
6、进一步，所述重掺n型gan电流扩展层的掺杂浓度高于3e18 cm-3，厚度为0.5～1μm。
7、进一步，所述轻掺n型gan漂移层的掺杂浓度低于2e16 cm-3，厚度大于3.0μm。
8、进一步，所述重掺p型gan层的掺杂浓度为2e18～1e19 cm-3，厚度为0.3～0.6μm。
9、进一步，所述阳极金属和阴极金属选自以下导电材料的一种或多种的组合：钛、铝、镍、金、钯、tin、多晶硅、ito。
10、本专利技术gan全垂直结构pn二极管器件主要是通过轻掺n型gan漂移层的耗尽区扩展承担耐压，由于分立器件需要隔离处理，需完全刻蚀重掺p型gan层，使得反偏时结边缘的n型gan漂移层横向耗尽扩展，进而导致在重掺p型gan层的刻蚀边界产生电场集聚，本专利技术ghd-jte结终端通过在重掺p型gan层靠近刻蚀边界处进行氢等离子体(h plasma)处理，由于h离子能和重掺p型gan层中mg受主形成mg-h复合体，从而钝化重掺p型gan层中的hplasma处理区成为高阻，同时由于h plasma在重掺p型gan层中具有较低的扩散势垒，通过实验发现退火能使得h横向扩散而不逸出，本专利技术通过热退火处理使得h离子在重掺p型gan层中扩散，在重掺p型gan层中形成h离子的浓度梯度，从而在主结区至结边缘之间形成空穴浓度的梯度分布，实现jte结终端。
11、本专利技术可以应用于所有p-gan电场集聚的器件，如：p-gan栅高电子迁移率晶体管、gan纵向结构三极管、含有p-gan帽层的横向sbds和横向pn二极管。
12、本专利技术提出ghd-jte结终端与现有其他结终端技术相比，是一种无刻蚀、低损伤技术，即相较于刻蚀场版结终端，其没有刻蚀的引入所以减少刻蚀损伤，没有场版介质也就没有可靠性问题；相较于n、ar离子注入结终端，h的离子注入损伤小，没有大量缺陷态的引入以及反向漏电的影响。同时相较于无结终端器件，其耐压得到显著提升，且不会影响器件正向特性。ghd-jte结终端退火温度较低不会破坏原有欧姆接触特性，本专利技术结终端实现方法简化，易于实现。
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1.一种在GaN垂直结构pn二极管中实现JTE结终端的方法，所述GaN全垂直结构pn二极管从上往下依次包括：外延的重掺p型GaN层、轻掺n型GaN漂移层、重掺n型GaN电流扩展层和同质重掺n型GaN衬底，阳极金属设置在最上层重掺p型GaN层表面形成欧姆接触，阴极金属设置在最下层同质重掺n型GaN衬底背面形成欧姆接触，其特征在于，在重掺p型GaN层靠近刻蚀边界处进行氢等离子体处理，使氢离子与重掺p型GaN层中Mg受主形成Mg-H复合体从而钝化氢处理区域p型GaN，同时采用热退火处理使氢离子在重掺p型GaN中扩散形成梯度分布，从而在主结区至结边缘之间形成空穴浓度梯度渐变分布，最终实现JTE结终端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢等离子体处理采用感应耦合等离子体ICP，条件为：ICP power＝500～1000W，RF power＝10～25W，H2 flow＝40～50sccm，Pressure＝2～3Pa，time＝100～200s。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热退火处理，条件为：氮气氛围，温度范围为400～450℃，时间
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重掺n型GaN电流扩展层的掺杂浓度高于3E18 cm-3，厚度为0.5～1μm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轻掺n型GaN漂移层的掺杂浓度低于2E16cm-3，厚度高于3.0μm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重掺p型GaN层的掺杂浓度2E18～1E19cm-3，厚度为0.3～0.6μm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极金属和阴极金属选自以下导电材料的一种或多种的组合：钛、铝、镍、金、钯、TiN、多晶硅或ITO。
...【技术特征摘要】
1.一种在gan垂直结构pn二极管中实现jte结终端的方法，所述gan全垂直结构pn二极管从上往下依次包括：外延的重掺p型gan层、轻掺n型gan漂移层、重掺n型gan电流扩展层和同质重掺n型gan衬底，阳极金属设置在最上层重掺p型gan层表面形成欧姆接触，阴极金属设置在最下层同质重掺n型gan衬底背面形成欧姆接触，其特征在于，在重掺p型gan层靠近刻蚀边界处进行氢等离子体处理，使氢离子与重掺p型gan层中mg受主形成mg-h复合体从而钝化氢处理区域p型gan，同时采用热退火处理使氢离子在重掺p型gan中扩散形成梯度分布，从而在主结区至结边缘之间形成空穴浓度梯度渐变分布，最终实现jte结终端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢等离子体处理采用感应耦合等离子体icp，条件为：icp power＝500～1000w，rf power＝10～25w，h2 fl...
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