[發明專利]基于橫向外延過生長的GaN超級結二極管制作方法

在審

• 申請號: 201711188044.1
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108565291A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 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

1.一種基于橫向外延過生長的GaN超級結二極管，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)，其特征在于：

在n型GaN外延層(3)中增設有與凹槽形p型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，且凹槽側壁與n型GaN外延層(3)之間形成超級結結構，凹槽底部與n型GaN襯底(2)之間形成pn結結構。

2.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于凹槽形p型Al_xGaN結構層(4)的橫向厚度與縱向厚度相同，縱向厚度為n型GaN外延層(3)厚度的一半，摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，其中Al組分x的取值范圍為0.1～0.5。

3.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于陰極(1)位于n型GaN襯底(2)的背面，并與n型GaN襯底(2)之間形成歐姆接觸。

4.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于n型GaN襯底(2)的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3，厚度為200～400μm。

5.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于n型GaN外延層(3)的摻雜濃度為2～5×10¹⁶cm^-3，厚度為1～3μm。

6.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于陽極(5)位于n型GaN外延層(3)與p型Al_xGaN結構層(4)之上，且與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。

7.一種基于橫向外延過生長的GaN超級結二極管的制作方法，包括如下步驟：

1)對厚度為200～400μm的GaN襯底材料進行Si元素摻雜，得到摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的n型GaN襯底；

2)在n型GaN襯底層表面利用MOCVD設備外延生長GaN外延層，得到厚度為1～3μm，摻雜濃度為2～5×10¹⁶cm^-3的Si摻雜n型GaN外延層；

3)使用感應耦合等離子體ICP Cl基刻蝕的方法刻蝕n型GaN外延層，形成多個凸起狀的n型GaN外延層；

4)在多個凸起狀n型GaN外延層之間利用MOCVD設備外延生長p型Mg摻雜的Al_xGaN結構層，其中摻雜濃度為2×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，Al組分x取值范圍為0.1～0.5，生長時橫向與縱向以相同的速度同時進行，當縱向生長厚度達到n型GaN外延層厚度的一半時，停止生長，形成凹槽形的p型Al_xGaN結構層；

5)在n型GaN外延層和凹槽形的p型Al_xGaN結構層上沉積金屬Pt/Au，制作陽極，該Pt/Au與n型GaN外延層之間形成肖特基接觸，與p型Al_xGaN結構層之間形成歐姆接觸；

6)在n型GaN襯底背面沉積金屬Ti/Al/Pt/Au，制作陰極，該Ti/Al/Pt/Au與襯底之間形成歐姆接觸，完成整個器件的制作。

8.根據權利要求7所述的二極管，其中步驟3)中刻蝕n型GaN外延層，其厚度為1～3μm，刻蝕寬度為2～4μm，刻蝕間隔距離為1～2μm。