[發(fā)明專利]基于漸變漂移區(qū)的耐高壓GaN基JBS二極管及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711187853.0
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108231911B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張進(jìn)成;宋豫秦;郝躍;黨魁;張濤;邊照科
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329;H01L29/20
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于漸變漂移區(qū)的耐高壓GaN基JBS二極管及其制作方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)不能達(dá)到預(yù)期擊穿電壓的問題。其自下而上包括：陰極(1)、n型GaN襯底(2)、n型GaN漂移層(3)、n型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)、p型Al_yGaN結(jié)構(gòu)層(5)、多個p型GaN結(jié)構(gòu)層(6)以及陽極(7)，其中n型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層的Al組分x從0～0.1漸變，摻雜濃度為2～10×10¹⁶cm^?3，p型Al_yGaN結(jié)構(gòu)層的Al組分y從0.1～0漸變，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^?3～2×10¹⁸cm^?3。本發(fā)明減少了量子隧穿效應(yīng)，提高了器件的擊穿電壓，且制作該器件的工藝重復(fù)性和可控性高，可用于功率器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及及一種GaN基二極管器件結(jié)構(gòu)及制作方法，可用于功率器件。

背景技術(shù)

功率電子器件廣泛用在各種應(yīng)用中，在功率整流和功率開關(guān)領(lǐng)域起關(guān)鍵作用。而GaN基功率器件以其開關(guān)速度快，工作溫度高，擊穿電壓大，以及開態(tài)電阻小的優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。GaN自身特殊的材料特性，比如大禁帶寬度，高擊穿場強(qiáng)，高飽和速度，和高電子氣密度造就了GaN基功率器件的優(yōu)越性能。現(xiàn)今，盡管GaN基高電子遷移率晶體管已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，但是在本領(lǐng)域中對改進(jìn)的電子系統(tǒng)和操作其的方法仍存在需求。

相比于平面結(jié)構(gòu)的GaN基功率器件，垂直結(jié)構(gòu)的GaN基功率器件有著顯著的優(yōu)勢：不需要通過犧牲芯片面積來獲得較高的反向擊穿電壓，并且由于電場峰值遠(yuǎn)離器件表面，器件有很好的可靠性以及優(yōu)良的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有GaN基二極管包括PIN二極管，SBD肖特基二極管和JBS二極管。其中：

GaN基PIN二極管的剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，該P(yáng)IN二極管的特點(diǎn)在于電子和空穴同時參與導(dǎo)電，其擊穿電壓高，反向泄漏電流小，但是開啟電壓較大。

GaN基SBD肖特基二極管的剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。該SBD肖特基二極管由于只有一種載流子參與導(dǎo)電，反向恢復(fù)時間短，其導(dǎo)通電阻小，開啟電壓小，但是泄漏電流較大，且擊穿電壓小。

GaN基JBS二極管結(jié)合了這兩種二極管的優(yōu)勢，剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示，該二極管雖說在能夠承受更高的反向電壓的同時擁有更快的反向恢復(fù)速度和更小的反向漏電，但是無法完全發(fā)揮其優(yōu)勢，不能達(dá)到預(yù)期的高擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種基于漸變漂移區(qū)的耐高壓GaN基JBS二極管及其制備方法，以最大限度的提高器件的擊穿電壓。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的GaN基JBS二極管，自下而上包括陰極、n型GaN襯底、n型GaN漂移層、多個p型GaN結(jié)構(gòu)層和陽極，其特征在于：

n型GaN漂移層與多個p型GaN結(jié)構(gòu)層之間依次增設(shè)有n型漸變Al組分的Al_xGaN結(jié)構(gòu)層和多個凸起狀p型漸變Al組分的Al_yGaN結(jié)構(gòu)層；

陽極的底部深入到n型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層，與該n型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層的表面形成肖特基接觸。

作為優(yōu)選，n型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層中的Al組分x從0～0.1漸變，摻雜濃度為2～10×10¹⁶cm^-3，厚度為0.1～0.5μm。

作為優(yōu)選，凸起狀p型Al_yGaN結(jié)構(gòu)層中的Al組分x從0.1～0漸變，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3～2×10¹⁸cm^-3，厚度為0.1～0.5μm，且以0.1～2μm的固定距離間隔分布于n型漸變Al組分的Al_xGaN層上。