[發(fā)明專利]垂直型氮化鎵功率器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697529.3
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113299749B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范謙;顧星;倪賢鋒;崔瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)蘇州研究院
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩琦

1.一種垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：包括硅襯底(1)、緩沖層(2)、模板層(3)、掩膜層(4)和漏極電極(5)；所述掩膜層(4)中開設(shè)若干六邊形窗口(401)；所述六邊形窗口(401)在掩膜層(4)上橫向外延生長六邊形的第一n+GaN層(6)，兩兩相鄰的所述第一n+GaN層(6)在邊界區(qū)域發(fā)生融合，所述第一n+GaN層(6)的融合位置有空隙缺陷(601)；所述第一n+GaN層(6)上覆蓋n-GaN擴散層(7)；所述n-GaN擴散層(7)上依次設(shè)置p-GaN勢壘層(8)、第二n+GaN層(9)；所述六邊形窗口(401)、空隙缺陷(601)的上方設(shè)置貫穿第二n+GaN層(9)、p-GaN勢壘層(8)、n-GaN擴散層(7)且停留在第一n+GaN層(6)中的垂直溝槽(10)；所述垂直溝槽(10)內(nèi)設(shè)置第一絕緣層(11)，所述第一絕緣層(11)的頂面低于n-GaN擴散層(7)的頂面；所述垂直溝槽(10)的剩余側(cè)壁、第一絕緣層(11)、第二n+GaN層(9)上覆蓋第二絕緣層(12)，所述第一絕緣層(11)表面的第二絕緣層(12)的頂面低于n-GaN擴散層(7)的頂面；所述第二絕緣層(12)上覆蓋柵極電極(13)，所述柵極電極(13)的頂面與第二n+GaN層(9)上的第二絕緣層(12)的頂面齊平；所述第二絕緣層(12)的開口中設(shè)置源極電極(14)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述源極電極(14)還設(shè)置在第二n+GaN層(9)的開口中，并與p-GaN勢壘層(8)的表面接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述硅襯底(1)異于緩沖層(2)的一面覆蓋漏極電極(5)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述漏極電極(5)依次貫穿硅襯底(1)、緩沖層(2)、模板層(3)，并與第一n+GaN層(6)的表面接觸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述六邊形窗口(401)為正六邊形，邊長為2μm～5μm，相鄰的六邊形窗口(401)的對應(yīng)邊互相平行，所述六邊形窗口(401)的中心呈正六邊形頂點分布，相鄰的六邊形窗口(401)的中心之間的間距≥10μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述第一n+GaN層(6)的厚度≥1μm，摻雜濃度≥1E18cm^-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述n-GaN擴散層(7)的厚度大于或者等于5μm，摻雜濃度≤1E18cm^-3。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述第二n+GaN層(9)和p-GaN勢壘層(8)的厚度均≤1μm，摻雜濃度均≥1E18cm^-3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直型氮化鎵功率器件，其特征在于：所述掩膜層(4)的厚度為0.3μm～0.5μm，所述第二絕緣層(12)的厚度為0.05μm～0.5μm，所述第一絕緣層(11)的厚度大于1μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一所述的垂直型氮化鎵功率器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，提供硅襯底(1)，所述硅襯底(1)上依次沉積緩沖層(2)、模板層(3)；

步驟二，在模板層(3)上覆蓋掩膜層(4)；

步驟三，刻蝕掩膜層(4)至模板層(3)表面，在掩膜層(4)中形成若干陣列分布的六邊形窗口(401)；

步驟四，在掩膜層(4)上通過六邊形窗口(401)橫向外延生長六邊形的第一n+GaN層(6)；

步驟五，在第一n+GaN層(6)上外延生長n-GaN擴散層(7)，兩兩相鄰的第一n+GaN層(6)在邊界區(qū)域發(fā)生融合，并且第一n+GaN層(6)的融合位置、靠近第一n+GaN層(6)的n-GaN擴散層(7)中形成空隙缺陷(601)；

步驟六，在n-GaN擴散層(7)上形成p-GaN勢壘層(8)和第二n+GaN層(9)；

步驟七，在六邊形窗口(401)和空隙缺陷(601)的上方刻蝕第二n+GaN層(9)、p-GaN勢壘層(8)、n-GaN擴散層(7)和第一n+GaN層(6)，并停留在第一n+GaN層(6)中，形成垂直溝槽(10)；

步驟八，在垂直溝槽(10)中沉積第一絕緣層(11)，第一絕緣層(11)覆蓋垂直溝槽(10)的底壁和靠近底部的部分側(cè)壁；

步驟九，在垂直溝槽(10)中沉積第二絕緣層(12)，第二絕緣層(12)覆蓋垂直溝槽的剩余側(cè)壁和第一絕緣層(11)；

步驟十，在垂直溝槽(10)中填充柵極電極(13)，柵極電極(13)覆蓋第二絕緣層(12)；

步驟十一，沉積源極電極(14)；

步驟十二，在第一n+GaN層(6)的背面或硅襯底(1)的背面沉積漏極電極(5)。