[實(shí)用新型]高阻斷電壓的氮化鎵PN二極管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202023320856.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN213660418U
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙成;韓亞;孫越;王思元;王毅
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06;H01L29/40;H01L29/417
• 代理公司: 揚(yáng)州市蘇為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32283
• 代理人: 郭翔

高阻斷電壓的氮化鎵PN二極管,涉及氮化鎵功率半導(dǎo)體器件。包括基板、過渡層、漂移層、有源區(qū)、漂移通道、場板和金屬電極層；有源區(qū)第二半導(dǎo)體層、漂移層和兩個(gè)漂移通道構(gòu)成一個(gè)環(huán)狀的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，相對于僅有橫向漂移區(qū)的橫向結(jié)構(gòu)氮化鎵PN二極管或者僅有垂直漂移區(qū)的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵PN二極管，本案中的漂移區(qū)的路徑總長度大于制作在相同基板及外延層尺寸的橫向結(jié)構(gòu)或者垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵PN二極管中漂移區(qū)的路徑長度，由此增大氮化鎵PN二極管的阻斷電壓。本案具有提高器件的阻斷電壓，同時(shí)使陽極電極、陰極電極和場板電極匯集于器件結(jié)構(gòu)的頂面，形成一種共面的器件輸入輸出電極結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)器件的平面集成化以及在功率集成電路中應(yīng)用等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及氮化鎵功率半導(dǎo)體器件，尤其是高阻斷電壓的氮化鎵PN二極管，屬于電力電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為第三代半導(dǎo)體典型代表的氮化鎵半導(dǎo)體具備禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，氮化鎵PN二極管因其高阻斷電壓、低反向漏電流、高開關(guān)速度等優(yōu)異特性在電源管理、5G移動(dòng)通信、半導(dǎo)體照明、消費(fèi)電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)行技術(shù)中的氮化鎵PN二極管主要采用橫向與垂直兩種結(jié)構(gòu)形式。

橫向結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管制作在異質(zhì)外延的氮化鎵半導(dǎo)體襯底上，基板為價(jià)格低廉的硅基板，或者碳化硅基板，或者藍(lán)寶石基板。現(xiàn)行技術(shù)中，橫向結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管一般通過加大極間間距即加大漂移區(qū)長度來獲得較高的阻斷電壓，但因此會增大器件芯片尺寸和導(dǎo)通電阻，減小單位芯片面積上的有效電流密度和芯片性能。

垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管制作在同質(zhì)外延的氮化鎵半導(dǎo)體襯底上，現(xiàn)行技術(shù)中的垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵PN二極管一般通過加大外延層厚度來增大漂移區(qū)長度以獲得較高的阻斷電壓，但氮化鎵外延層的缺陷密度與外延層的厚度成正比，且現(xiàn)行氮化鎵外延技術(shù)尚不足以制備大尺寸、高性能、低成本的自支撐氮化鎵外延片，從而限制了垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管的性能和應(yīng)用。

早期橫向結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管的陽極電極和陰極電極分布在器件結(jié)構(gòu)兩側(cè)的頂面，臺面結(jié)構(gòu)的橫向氮化鎵PN二極管的陽極電極和陰極電極分布在臺面兩側(cè)的底部，而垂直結(jié)構(gòu)的氮化鎵PN二極管中組成器件結(jié)構(gòu)的陰極電極、襯底、漂移層、器件有源層、陽極電極沿垂直方向由自下而上依次相接，陽極電極位于器件結(jié)構(gòu)的頂面，陰極電極位于器件結(jié)構(gòu)的底面，或者通過制作臺面使陰極電極位于底部的兩側(cè)，均為非共面的輸入輸出電極結(jié)構(gòu)，不便于器件的平面集成及其在功率集成電路中的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對以上問題，提供了一種通過環(huán)形漂移區(qū)結(jié)構(gòu)增大漂移區(qū)的路徑長度以提高器件的阻斷電壓，同時(shí)使陽極電極、陰極電極和場板電極匯集于器件結(jié)構(gòu)的頂面，形成一種共面的器件輸入輸出電極結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)器件的平面集成化以及在功率集成電路中應(yīng)用的高阻斷電壓的氮化鎵PN二極管及制備方法。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是： 高阻斷電壓的氮化鎵PN二極管，包括基板、過渡層、漂移層、有源區(qū)、漂移通道、場板和金屬電極層；

所述基板、過渡層和漂移層自下而上依次相接設(shè)置；

所述有源區(qū)包括自下而上依次相接的有源區(qū)第二半導(dǎo)體層、有源區(qū)第一半導(dǎo)體層和有源區(qū)歐姆接觸層；

所述漂移通道包括自下而上相接的通道漂移層和漂移通道歐姆接觸層以及位于通道漂移層和漂移通道歐姆接觸層內(nèi)外兩側(cè)的漂移通道內(nèi)隔離層與漂移通道外隔離層；

所述有源區(qū)和漂移通道分別與漂移層的上端相接，所述漂移通道設(shè)有兩個(gè)，位于有源區(qū)的兩側(cè)；所述漂移通道通過漂移通道內(nèi)隔離層與有源區(qū)相隔離；

所述場板設(shè)有兩個(gè)，分別內(nèi)嵌于相應(yīng)的漂移通道內(nèi)隔離層中；

所述金屬電極層包括陽極電極、陰極電極和場板電極；

所述陽極電極位于有源區(qū)的頂部并與有源區(qū)歐姆接觸層相接；