[發明專利]GaN異質結快恢復二極管器件結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201910724127.0
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN112349789A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張衛;王巍;李曉茜;盧紅亮;黃偉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/267;H01L21/329
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種GaN異質結快恢復二極管器件結構及其制作方法，屬于二極管領域。本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構，具有正極金屬層、基底層以及負極金屬層，其中基底層包括襯底層以及外延層；外延層外表面上具有凹槽，凹槽內填充有P型Si材料。本發明提供的二極管器件結構制作方法包括如下步驟：S1，沉積SiN作為掩蔽層，鋪展光刻膠，光刻P型窗口，刻蝕P型窗口中的掩蔽層和外延材料，形成深槽；S2，除去光刻膠層，填充深槽，蝕除去多余的多晶硅和全部掩蔽層；S3，蒸發金屬材料，快速熱退火，形成負極金屬層；步驟4，蒸發金屬材料，形成正極金屬層。本發明提供的二極管器件結構具有更快的關斷速度，制作方法具有較好的工藝兼容性。

技術領域

本發明涉及一種二極管器件結構，具體涉及一種GaN異質結快恢復二極管器件結構及其制作方法，屬于二極管領域。

背景技術

眾所周知，功率半導體器件在電力電子技術能源變換中扮演著重要的角色，是電力變流裝置的心臟，而先進電力系統利用功率半導體器件來實現電能的高效率傳輸、轉換及其過程中的有效精確控制，達到對電能的高質量、高效率利用的目的。

伴隨著功率開關期間朝高頻、高功率方向發展，大功率的快速恢復二極管因能解決肖特基二極管耐壓偏低的弊端，在功率續流應用中已成為缺一不可的元器件。作為續流二極管應用，主流的快恢復二極管結構多采用硅基P-i-N二極管，在正向導通時高阻漂移區利用電子與空穴非平衡載流子實現電導調制來大幅度降低電阻，而在反向關斷時，因少子壽命較長，導致器件關斷時間偏長，故產生了較大的關斷功耗。雖然研究人員相繼提出電子輻射、質子輻射、摻入Au或Pt重金屬等新工藝以縮短少子壽命，但也會產生增加漏電流、可靠性較差等新問題。

近些年，SiC二極管較硅基P-i-N有更好的性價比以及較低損耗和更快的關斷速度，故被作為快恢復二極管逐漸得到應用，但SiC二極管研制需要利用價格昂貴的高溫注入、高溫退火專用設備等。

GaN材料是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之后的第三代半導體材料，由于其突出的材料特性，如它特有的極化效應，較大的禁帶寬度，高擊穿電場，高密度二維電子氣，高溫工作等，是制作高溫、高壓、高頻大功率應用的新一代功率器件的理想材料。

然而，GaN材料在二極管領域中的應用仍存在P型摻雜困難等問題。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種GaN異質結快恢復二極管器件結構及其制作方法。

本發明提供了一種GaN異質結快恢復二極管器件結構，具有這樣的特征，包括：依次設置的正極金屬層、基底層以及負極金屬層；其中，基底層包括GaN襯底層以及形成在GaN襯底層表面上的GaN外延層；GaN外延層遠離GaN襯底層一側外表面上具有凹槽，凹槽內填充有P型Si材料，負極金屬層，覆蓋在GaN襯底層遠離GaN外延層一側的外表面上，正極金屬層，覆蓋在GaN外延層遠離GaN襯底層一側的外表面上以及覆蓋在P型Si材料遠離GaN襯底層一側的外表面上。

在本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構中，還可以具有這樣的特征：其中，P型Si材料為P型多晶硅。

在本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構中，還可以具有這樣的特征：其中，基底層材料為n型摻雜外延層生長在同質外延GaN襯底上形成的材料。

在本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構中，還可以具有這樣的特征：其中，基底層材料為n型摻雜外延層生長在同質外延GaN襯底上形成的材料。

在本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構中，還可以具有這樣的特征：正極金屬層由Ni金屬層和Au金屬層組成。

在本發明提供的GaN異質結快恢復二極管器件結構中，還可以具有這樣的特征：負極金屬層由Ti金屬層、Al金屬層、Ni金屬層以及Au金屬層組成。