[發明專利]一種功率二極管器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210265839.9
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102779858A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 朱廷剛
• 申請（專利權）人: 江蘇能華微電子科技發展有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;李艷

技術領域

本發明涉及到一種功率二極管器件及其制備方法。

背景技術

功率二極管器件要能夠承受高電壓，器件結構中就必須采用先進的終端結構設計。其結構如附圖1所示，此終端結構的作用是削弱電極邊緣的電場增強尖峰，使電場分布平坦化，避免器件過早擊穿。因此，在高功率肖特基器件的設計過程中，在確定了電壓阻斷層的摻雜濃度和厚度后，肖特基電極周邊的終端結構設計將決定器件能否承受所要求的高電壓。

場限環（guard?ring）是功率二極管器件最常用的終端結構，它的制備工藝對于硅基器件已經非常成熟，如附圖2所示，通常通過幾個操作步驟完成：

按設計生長具有合適摻雜濃度和厚度的N-/N+外延結構；

通過半導體微加工工藝在器件表面形成掩膜，進行選擇性P型雜質離子注入；

去除掩膜，經過熱退火后形成P型終端結構；

采用半導體微加工方法制作肖特基二極管的陽極和陰極。

場限環結構雖然效果很好并被大規模采用到硅基功率電子器件中，但是，這種結構卻不能簡單地被移植到GaN功率電子器件的工藝流程中。其主要的原因是：在GaN材料中通過離子注入方法進行P型摻雜并不成熟；具體來講，當被加速的離子注入到單晶材料中時，高能離子將極大地破壞材料晶格的有序性，進而在注入區的材料中形成高密度的晶格缺陷。在傳統的硅器件工藝中，只要通過熱退火（一般溫度在1100度左右）就可完全清除離子注入帶來的晶格損傷；但是，由于寬禁帶半導體GaN材料的特殊物性，只有采用超過1500度的熱處理才有可能清除離子注入帶來的晶格損傷。而1500度的熱處理可使器件表面的GaN材料分解，使肖特基勢壘降低，增加肖特基電極的反向漏電流和減小器件的反向耐壓；同時，1500度以上的熱處理對退火設備的要求也很高，導致器件制備成本大幅度攀升。

綜上所述，傳統的離子注入場限環工藝不能簡單地照搬到功率二極管器件的制備工藝流程中。因此，如何在功率二極管器件中形成可靠的P型場限環終端結構是制備高功率肖特基器件的關鍵技術。

發明內容

針對上述問題，本發明的主要目的是提供一種功率二極管器件及其制備方法，可以有效降低肖特基電極周邊的電場強度，提高GaN肖特基器件的反向耐壓能力。

為了解決上述難題，本發明采取的方案是一種功率二極管器件，它包括相層疊設置的襯底、緩沖層、外延層、ALN層、場限環、環形場板、形成肖特基結的金屬層，所述場限環呈環形結構，所述ALN層為與所示場限環相對應的環形結構，所述外延層與陰極相電連，所述金屬層與陽極相連。

優選地，所述環形場板上形成有多個呈環形的凹凸部，環形場板的凸部的最高點自該功率部件的內側向外側逐漸升高，環形場板的最低點自該功率部件的內側向外側逐漸升高，最靠近所述功率二極管器件中心的環形場板向外延層的投影位于最靠近中心的場限環內，所述金屬層覆蓋任一個環形場板的凹部。

優選地，所述襯底由包括但不局限于藍寶石、碳化硅或硅中的一種或幾種制成。

優選地，所述緩沖層由包括但不局限于GaN、AlN中的一種或幾種制成。

優選地，所述環形場板由絕緣材料制成。

優選地，所述環形場板的任一個凹部向外延層的投影至少部分的與所述場限環相重合。

優選地，所述外延層包括層疊設置的第一GaN層以及第二GaN層，所述第一GaN層與緩沖層相鄰，所述第二GaN層與ALN層相鄰，所述第一GaN層為n++型GaN，所述第二GaN層為n-型GaN或i-GaN，所述場限環為P-GaN，所述陰極與所述第一GaN層相電連。

優選地，所述第一GaN層的厚度為0.1-10μm。

優選地，所述第二GaN層的厚度為1-20μm。

優選地，所述場限環的厚度為0.01-3μm。

優選地，所述ALN層的厚度為0.1-100nm。

一種功率二極管器件的制備方法，它包括以下步驟：

A）制備襯底與緩沖層，使用金屬有機源化學氣相沉積系統在緩沖層上外延生長形成GaN外延層；

B）在GaN外延層上生長ALN層；

C）在ALN層上生長P-GaN層；