[發明專利]一種橫向導通型GaN混合pn肖特基功率二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202011548079.3
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112614898A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 李柳暗;王婷婷;敖金平
• 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;H01L29/06;H01L29/20;H01L21/329
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明公開了一種橫向導通型GaN混合pn肖特基功率二極管及其制備方法，所述二極管包括自下往上依次設置的襯底層、應力緩沖層、GaN外延層和p?GaN掩埋層，其中，GaN外延層上表面未被p?GaN掩埋層覆蓋的部分設置有GaN溝道層，并且GaN溝道層還覆蓋p?GaN掩埋層上表面的一部分；GaN溝道層的上表面設置有勢壘層；勢壘層的上表面兩側分別設置有p?GaN蓋帽層和歐姆接觸電極，p?GaN蓋帽層位于p?GaN掩埋層的上方；p?GaN蓋帽層的上表面以及p?GaN掩埋層上表面未被GaN溝道層覆蓋的部分設置有肖特基電極。本發明在凹槽陽極結構降低肖特基二極管導通電壓的基礎上，利用p?GaN掩埋層形成并聯的pn結二極管，提高抗浪涌電流能力及降低器件的導通電阻，同時利用p?GaN蓋帽層提升反向耐壓能力。

技術領域

本發明屬于電子器件技術領域，具體涉及一種橫向導通型GaN混合pn肖特基功率二極管及其制備方法。

背景技術

基于AlGaN/GaN的二極管由于具有較高的電子遷移率，較高的臨界擊穿電場以及二維電子氣(2DEG)引起的高飽和電子速度，非常有望用于功率開關器件。通常，功率整流二極管會在兩個矛盾的特性之間進行權衡，即高關態耐壓和低正向損耗。常規的平面結構AlGaN/GaN肖特基二極管(SchottkyBarrierDiode，SBD)通常表現出較高的正向導通電壓，這將導致相當大的通態損耗。通過選擇功函數較低的陽極金屬可以有效降低正向導通電壓，但同時會增加反向關態漏電流。

最近研究表明，基于AlGaN/GaN的凹槽結構陽極肖特基勢壘二極管可以有效平衡導通電壓和關態耐壓，但是，溝槽底部的尖角會增加在高反向偏壓下電場集中和早期擊穿的風險。此外，當發生電流過沖或振蕩時，功率器件通常會承受高浪涌電流，而常規的肖特基二極管的抗浪涌電流能力相對較弱，有必要設計一些新型器件結構。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種橫向導通型GaN混合pn肖特基功率二極管及其制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明的一個方面提供了一種橫向導通型GaN混合pn肖特基功率二極管，包括自下往上依次設置的襯底層、應力緩沖層、GaN外延層和p-GaN掩埋層，其中，

所述GaN外延層上表面未被所述p-GaN掩埋層覆蓋的部分設置有GaN溝道層，并且所述GaN溝道層還覆蓋所述p-GaN掩埋層上表面的一部分；

所述GaN溝道層的上表面設置有勢壘層；

所述勢壘層的上表面兩側分別設置有p-GaN蓋帽層和歐姆接觸電極，所述p-GaN蓋帽層位于所述p-GaN掩埋層的上方；

所述p-GaN蓋帽層的上表面以及所述p-GaN掩埋層上表面未被所述GaN溝道層覆蓋的部分設置有肖特基電極。

在本發明的一個實施例中，所述肖特基電極具有L型截面，包括橫向部和縱向部，其中，所述橫向部覆蓋在所述p-GaN蓋帽層的上表面，所述縱向部位于所述p-GaN掩埋層的上表面，且所述縱向部的內側壁自下而上依次與所述GaN溝道層的側壁、所述勢壘層的側壁和所述p-GaN蓋帽層的側壁接觸。

在本發明的一個實施例中，所述肖特基電極與所述p-GaN掩埋層、所述p-GaN蓋帽層形成歐姆接觸；所述肖特基電極與所述GaN溝道層、所述勢壘層形成肖特基接觸。

在本發明的一個實施例中，所述襯底層為Si襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底或GaN自支撐襯底中的任一種，所述應力緩沖層為AlN、AlGaN或GaN中任一種或其組合。

在本發明的一個實施例中，所述p-GaN掩埋層為Mg摻雜的GaN材料，空穴濃度為10¹⁴-10²⁰cm^-3。