[發明專利]GaN/AlGaN橫向超級結二極管及其制作方法

有效

• 申請號: 201711187865.3
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108231908B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張進成;宋豫秦;郝躍;黨魁;張濤;邊照科
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種GaN/AlGaN橫向超級結二極管及其制作方法，主要解決現有GaN基二極管器件結構單一，擊穿性能有限，擊穿電壓低的問題。其自下而上包括陰極(1)、n型GaN襯底(2)、n型GaN外延層(3)、p型GaN結構層(5)及陽極(6)，其中在n型GaN外延層(3)中增設有與n型GaN外延層(3)在水平方向上相間分布的p型Al_xGaN結構層(4)，形成超級結結構，該p型Al_xGaN結構層的摻雜濃度為2×10¹⁶cm^?3～2×10¹⁸cm^?3，厚度與n型GaN外延層厚度相同，Al組分x的取值為0.1～0.3。本發明顯著提高了擊穿電壓，且制作該器件的工藝重復性和可控性高，可用于功率器件。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種GaN/AlGaN橫向超級結二極管器件，可用于作為功率電子器件。

背景技術

功率電子器件廣泛用在各種應用中，在功率整流和功率開關領域起關鍵作用。而GaN基功率器件以其開關速度快，工作溫度高，擊穿電壓大，以及開態電阻小的優點而廣受關注。GaN自身特殊的材料特性，比如大禁帶寬度，高擊穿場強，高飽和速度，和高電子氣密度造就了GaN基功率器件的優越性能。現今，盡管GaN基高電子遷移率晶體管已經取得了突破性進展，但是在本領域中對改進的電子系統和操作其的方法仍存在需求。

GaN基功率器件其結構包括平面結構的GaN基功率器件和垂直結構的GaN基功率器件。相比于平面結構的GaN基功率器件，垂直結構的GaN基功率器件有著顯著的優勢：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離器件表面，器件有很好的可靠性以及優良的穩定性。但是目前的這種垂直結構的GaN基功率器件結構單一，擊穿性能有限，不能達到更高的擊穿電壓。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的問題，提供一種GaN/AlGaN橫向超級結二極管及其制備方法，以最大限度的提高器件的擊穿電壓。

為實現上述目的，本發明的GaN/AlGaN橫向超級結二極管，自下而上包括陰極、n型GaN襯底、n型GaN外延層、p型GaN結構層和陽極，其特征在于：

在n型GaN外延層中增設有p型Al_xGaN結構層，且p型Al_xGaN結構層與n型GaN外延層在水平方向上相間分布，形成超級結結構。

進一步，所述p型Al_xGaN結構層中的Al組分x取值范圍為0.1～0.3，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3～2×10¹⁸cm^-3，厚度與n型GaN外延層的厚度相同。

進一步，所述陰極位于n型GaN襯底的背面，并與n型GaN襯底之間形成歐姆接觸。

進一步，所述n型GaN襯底的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3，厚度為200～400μm。

進一步，所述n型GaN外延層的摻雜濃度為2～10×10¹⁶cm^-3，厚度為2～4μm。

進一步，所述p型GaN結構層的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～2×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.5μm，且分布于n型GaN外延層和p型Al_xGaN結構層之上。

進一步，所述陽極位于p型GaN結構層之上，并與p型GaN結構層之間形成歐姆接觸。

為實現上述目的，本發明GaN/AlGaN橫向超級結二極管的制作方法，包括如下步驟：