[發(fā)明專利]一種復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的氮化鎵二極管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810467277.3
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108538923A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉文凱;徐尉宗;周東;陸海
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/207;H01L29/06
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學(xué)彪

本發(fā)明公開了一種復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的氮化鎵二極管，包括i型GaN本征層和p型GaN接觸層，復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的氮化鎵二極管為準垂直p?i?n結(jié)構(gòu)；p型GaN接觸層與i型GaN本征層之間加了一層低摻雜的p型GaN過渡層。本發(fā)明復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的氮化鎵二極管，經(jīng)仿真結(jié)果表明，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件有著更均勻的電場分布和更大的反向擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的氮化鎵二極管，屬于功率整流器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率電子器件如功率整流器和功率開關(guān)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如開關(guān)電源、汽車電子、無線電通信、電機控制等。長期以來，人們一直使用硅基功率電子器件；然而，隨著硅工藝的多年發(fā)展，相應(yīng)的硅基功率電子器件性能已經(jīng)逐漸接近其理論極限。要想再大幅度地提高器件性能，突破功率電子器件發(fā)展所面臨的“硅極限”問題，就必須采用新型半導(dǎo)體材料來制備下一代功率電子器件。新興寬禁帶半導(dǎo)體材料，尤其是III族氮化物半導(dǎo)體和碳化硅，在材料基本特性上具有制作更高性能功率電子器件的巨大潛力。其中，氮化鎵(GaN)作為寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，以其禁帶寬度大(3.4eV)、擊穿電場高(～3.3MV/cm)、飽和電子漂移速度大(～2.8×10⁷cm/s)、和熱導(dǎo)率高等多方面性能優(yōu)勢在國際上受到了廣泛關(guān)注，相關(guān)氮化物半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展迅速。

在多種基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率電子器件中，GaN基二極管近年來逐漸成為國際研究熱點。GaN基二極管可同時具有高擊穿電壓、低開啟電阻和很小的反向恢復(fù)時間等優(yōu)異特性。作為一種最基本的功率電子器件，將GaN二極管應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換電路或模塊，可以很大程度地提高系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化效率，并大大簡化電路的復(fù)雜度，降低系統(tǒng)制備成本。

目前，人們已經(jīng)可以在異質(zhì)(Si、藍寶石或碳化硅等)或同質(zhì)(自支撐GaN體材料)襯底上成功制備GaN基二極管；現(xiàn)有器件也表現(xiàn)出了良好的性能。但是，這一技術(shù)的進一步發(fā)展也面臨一個重要問題亟待解決，那就是：現(xiàn)有GaN基二極管的反向擊穿電壓并沒有達到理論預(yù)測的那么高。理論上來講，二極管的擊穿電壓極限(即理論值)應(yīng)該是由器件內(nèi)有源區(qū)內(nèi)的載流子在強電場作用下發(fā)生碰撞離化而導(dǎo)致的雪崩擊穿決定的。然而，目前國際上各研究機構(gòu)或公司所報道的GaN基二極管的擊穿電壓值，一般只能達到理論預(yù)期值的30％～50％左右。要想更好的發(fā)揮GaN二極管在功率電子器件領(lǐng)域的性能優(yōu)勢，就必須有效提高其反向擊穿電壓。造成擊穿電壓不高的關(guān)鍵原因之一就是電場擁擠效應(yīng)。具體來講，二極管在反向偏置時，電極下耗盡區(qū)中的電場在水平方向上的分布并不是均勻地：越靠近電極邊緣，電力線的分布越密；這樣，在邊緣處的耗盡層中就會出現(xiàn)電場的極大值，使雪崩擊穿在此處提早發(fā)生。這個效應(yīng)導(dǎo)致GaN基功率電子器件所應(yīng)具有的高擊穿電壓和大輸出功率等性能優(yōu)勢都不能充分發(fā)揮；同時，器件的反向漏電流也會偏大，導(dǎo)致其可靠性變差。