[實用新型]一種垂直導通氮化鎵功率二極管

有效

• 申請號: 201921647785.6
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN211045445U
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 敖金平;李柳暗
• 申請（專利權）人: 寧波錸微半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/15;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 劉業芳

本實用新型涉及一種垂直導通氮化鎵功率二極管，屬于功率二極管技術領域，該垂直導通二極管包括襯底、以及依次生長在所述襯底上的成核層、超晶格應力緩沖層、GaN漂移層、掩膜層；所述襯底和所述GaN漂移層上還分別沉積有電學接觸不同的第一電極和第二電極。本實用新型通過在垂直導通二極管中提供了超晶格應力緩沖層，該超晶格應力緩沖層可以實現襯底垂直導通及外延生長過程中GaN漂移層的應力調控，并且增加了場限環結構提高二極管的擊穿電壓。

技術領域

本實用新型屬于功率二極管領域，特別涉及一種垂直導通氮化鎵功率二極管及其制備方法。

背景技術

功率器件在電能轉換和控制電路中扮演電學開關角色。目前傳統硅基器件性能逐漸逼近其材料理論極限，難以滿足現代功率系統日益增長的需求。以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料具有高的臨界擊穿電場可以在相同擊穿電壓時實現更低的電容及導通電阻，被公認為理想的下一代功率器件材料。GaN 功率器件是《中國制造2025》中電力裝備、新能源汽車、軌道交通等重點發展領域的支撐技術，既是國際發展前沿也符合我國重大戰略需求。

GaN功率器件主要分為橫向和縱向導通兩大技術路線?；贏lGaN/GaN異質結構(二維電子氣溝道)的橫向二極管及功率晶體管已經展現出優異的電學性能，并在2009年推出了常關型器件的商業化產品。然而，GaN橫向器件能處理的極限功率在kW量級。而為了適用于更高功率等級，器件尺寸迅速增大，導致材料不能有效利用、電流提取困難及低可靠性。此外，氮化鎵橫向器件在關態時的高電場會導致電子被俘獲在表面陷阱中產生電流崩塌效應，劣化器件性能及長期可靠性，尤其是在超高壓應用場合。

外延結構中通常存在高阻的緩沖層而限制了電流的垂直導通，業界基于準垂直結構實現了500-800V的功率二極管及三極管。然而，準垂直結構中存在電流擁堵現象且由于漏極仍然位于同一面增大了器件尺寸。2016年，利用轉移襯底或者襯底通孔技術可以去除高阻緩沖層實現耐壓大于500V的功率二極管，但是增加了器件工藝復雜性。2017年名古屋工業大學基于導電型緩沖層實現了擊穿電壓為369V、導通電阻為7.7mΩcm2的垂直型二極管。然而，硅基GaN垂直型功率器件相關報道還非常少且器件性能與材料極限尚有很大差距。一個主要原因是由于電場集中在金屬電極和氮化鎵材料界面處導致提前擊穿，需要研發新型的終端結構對其進行改善。

因此，需要一種具有低阻的緩沖層的功率二極管。

實用新型內容

本實用新型提供一種垂直導通氮化鎵功率二極管，以解決現有的功率二極管中高阻的緩沖層限制了電流的垂直導通，并且應力不可調的技術問題。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種垂直導體二極管，包括襯底、以及依次生長在所述襯底上的成核層、超晶格應力緩沖層、GaN漂移層、掩膜層；所述襯底和所述GaN漂移層上還分別沉積有電學接觸不同的第一電極和第二電極。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，所述超晶格應力緩沖層為摻雜 AlN/GaN超晶格，所述摻雜AlN/GaN超晶格為通過在AlN/GaN超晶格中摻雜鍺元素或硅元素形成的摻雜AlN/GaN超晶格。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，所述成核層為AlN、AlGaN以及 GaN中的一種。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，所述GaN漂移層為摻雜有鍺元素或者硅元素的GaN層。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，所述襯底為硅襯底，所述掩膜層為SiO₂。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，還包括多個場限環，所述掩膜層上刻蝕有貫穿所述掩膜層的多個第一凹槽，多個第一凹槽對稱的設于所述第二電極的兩側，所述場限環沉積在所述第一凹槽中并伸出所述第一凹槽。

進一步地，為了更好地實現本實用新型，所述第一凹槽切入所述GaN漂移層內。