[發(fā)明專利]基于橫向外延過生長的GaN超級結(jié)二極管制作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711188044.1
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108565291A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設計）人: 張進成;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
• 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(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于橫向外延過生長的GaN超級結(jié)二極管制作方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)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Mg摻雜凹槽形p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)，該p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)與n型GaN外延層(3)在水平方向上相間分布，且該凹槽側(cè)壁與n型GaN外延層(3)之間形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)，凹槽底部與n型GaN襯底(2)之間形成pn結(jié)結(jié)構(gòu)，且該p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)中Al組分x的取值范圍為0.1～0.5。本發(fā)明顯著提高了擊穿電壓，可用于作為功率器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基二極管制作方法，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用中，功率器件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，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)取得了突破性進展，但是在本領(lǐng)域中對改進的電子系統(tǒng)和操作其的方法仍存在需求。

GaN基功率器件其結(jié)構(gòu)包括平面結(jié)構(gòu)的GaN基功率器件和垂直結(jié)構(gòu)的GaN基功率器件。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離器件表面，器件有很好的可靠性以及優(yōu)良的穩(wěn)定性。但是目前的這種垂直結(jié)構(gòu)的GaN基二極管器件結(jié)構(gòu)單一，擊穿性能有限，不能達到更高的擊穿電壓。

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，提供一種基于橫向外延過生長的GaN超級結(jié)二極管制作方法，以最大限度的提高器件的擊穿電壓。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于橫向外延過生長的GaN超級結(jié)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(3)中增設有與凹槽形p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)，該p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層(4)與n型GaN外延層(3)在水平方向上相間分布，且凹槽側(cè)壁與n型GaN外延層(3)之間形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)，凹槽底部與n型GaN襯底(2)之間形成pn結(jié)結(jié)構(gòu)。

進一步，所述凹槽形p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層的橫向厚度與縱向厚度相同，縱向厚度為n型GaN外延層厚度的一半，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。

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。

進一步，所述陽極位于n型GaN外延層與p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層之上，且與n型GaN外延層之間形成肖特基接觸，與p型Al_xGaN結(jié)構(gòu)層之間形成歐姆接觸。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于橫向外延過生長的GaN超級結(jié)二極管，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；