[發明專利]GaN基JBS與超級結混合結構二極管及其制作方法

有效

• 申請號: 201711187876.1
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108231912B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 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: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/861;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基JBS與超級結混合結構二極管及其制作方法，主要解決現有技術不能達到預期擊穿電壓的問題。其自下而上包括陰極(1)、n型GaN襯底(2)、n型GaN外延層(3)和陽極(5)。其中在n型GaN外延層(3)中增設有與厚度1～3μm，摻雜濃度為2×10¹⁷cm^?3～1×10¹⁸cm^?3，Al組分x為0.1～0.5的Al_xGaN結構層(4)，該p型Al_xGaN結構層(4)與n型GaN外延層(3)在水平方向上相間分布，形成超級結結構；陽極(5)與n型GaN外延層(3)之間形成肖特基接觸，與p型Al_xGaN結構層(4)之間形成歐姆接觸。本發明顯著提高了擊穿電壓，可用于功率器件。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種GaN基二極管器件結構及制作方法，可用于功率器件。

背景技術

功率電子器件廣泛用在各種應用中，功率器件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。

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?，F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二極管的剖面結構如圖1所示，該PIN二極管的特點在于電子和空穴同時參與導電，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構如圖2所示。該SBD肖特基二極管由于只有一種載流子參與導電，反向恢復時間短，其導通電阻小，開啟電壓小，但是泄漏電流較大，且擊穿電壓小。

GaN基JBS二極管結合了這兩種二極管的優勢，剖面結構如圖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速度和更小的反向漏電，但是無法完全發揮其優勢，不能達到預期的高擊穿電壓。

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基JBS與超級結混合結構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基JBS與超級結混合結構二極管，自下而上包括陰極、n型GaN襯底、n型GaN外延層和陽極，其特征在于：

在n型GaN外延層中增設有與該n型GaN外延層厚度相同的p型Al_xGaN結構層，且p型Al_xGaN結構層與n型GaN外延層相間分布，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0.1～0.5，摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。

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2～5×10¹⁶cm^-3，厚度為1～3μm。