[發明專利]一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202111555912.1
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114220871A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 劉超;王珩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

本發明提供一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，由下自上依次包括：陰極電極、重摻雜N型氮化物襯底區、輕摻雜N型氮化物漂移區、重摻雜P型氮化物區、陽極電極，重摻雜P型氮化物區和輕摻雜N型氮化物漂移區豎直接觸面之間設置有隔離層。本發明溝槽隔離層結構的設置優化了器件內部的電場分布，有效地提升了器件的反向性能，并保證了優異的正向特性。

技術領域

本發明涉及一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構及其制備方法，屬于半導體器件技術領域。

背景技術

相較于以硅為代表的第一代半導體和以砷化鎵為代表的第二代半導體，以碳化硅和III族氮化物為代表的第三代半導體，因其禁帶寬度大、高臨界擊穿場強、高熱導率、電子飽和漂移速率高等優良特性，在高頻通信、電力電子等領域具有廣闊的應用前景。

目前，可以廣泛應用的氮化物器件主要是氮化鎵基橫向型高電子遷移率晶體管(HEMT)。但橫向型器件的主要缺點是器件的反向擊穿電壓與器件橫向的電極間距成比例，導致高壓工作場景應用中需要更大的器件尺寸，這大大提高了器件的工藝制備成本。為了解決這一問題，完全垂直型器件能夠以增加器件的垂直漂移層厚度實現更大的反向擊穿電壓，同時有效避免橫向結構和準垂直結構中出現的電流擁擠效應，減小正向導通電阻。

肖特基勢壘二極管因其具有壓降低、開關速度快等優點而成為現代電力電子系統的重要組成部分。為了滿足消費電子、高頻通訊器件的應用，對傳統肖特基二極管在高壓、大功率應用場景中提出了更高要求，器件的性能限制也越來越突出。在高反向偏壓場景中，肖特基勢壘二極管(SBD)往往因為肖特基接觸勢壘下方的強電場聚集而產生明顯的勢壘降低效應，從而產生較大的反向漏電流，限制了肖特基勢壘二極管的反向擊穿特性。

上述問題可以通過采用混合PiN結勢壘肖特基二極管(MPS diode)新結構得以解決。相對比于傳統平面肖特基勢壘二極管，氮化鎵垂直型混合PiN結勢壘肖特基二極管能有效的調制肖特基接觸勢壘下方的電場分布，利用相鄰PN結的耗盡區疊加，可以對肖特基接觸勢壘形成良好的電場屏蔽效應，避免因勢壘降低效應引起的大泄露電流和提前擊穿問題。但若要形成良好的耗盡區保護，就要求相鄰PN結之間的距離設計盡量小，而小的溝道寬度將在正向偏壓條件下表現出較大的正向導通電阻，不利于器件的正向導通。

為了解決上述問題，提出本發明。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明在有效保證正向特性不退化的前提上，通過調整相鄰PN結之間的距離，提供一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構及其制備方法。本發明溝槽隔離層結構的設置優化了器件內部的電場分布，有效地提升了器件的反向性能，并保證了優異的正向特性。

本發明的技術方案如下：

一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，由下自上依次包括：陰極電極、重摻雜N型氮化物襯底區、輕摻雜N型氮化物漂移區、重摻雜P型氮化物區、陽極電極，重摻雜P型氮化物區和輕摻雜N型氮化物漂移區豎直接觸面之間設置有隔離層。

根據本發明優選的，所述隔離層為二氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氮化鋁或氧化鋁。

根據本發明優選的，重摻雜P型氮化物區和輕摻雜N型氮化物漂移區的兩個豎直接觸面之間均設置有隔離層，每個隔離層的橫向厚度均為50nm～300nm；優選的，每個隔離層的橫向厚度均為50nm～150nm，更優選為50nm。

根據本發明優選的，所述輕摻雜N型氮化物漂移區由輕摻雜N型氮化物漂移層和輕摻雜N型氮化物突出體組成；輕摻雜N型氮化物突出體為長方體結構，輕摻雜N型氮化物突出體沿輕摻雜N型氮化物漂移層的長度方向設置于輕摻雜N型氮化物漂移層上方的中間位置，輕摻雜N型氮化物突出體和輕摻雜N型氮化物漂移層構成“凸”字形的豎直截面；所述重摻雜P型氮化物區設置于輕摻雜N型氮化物突出體兩側、輕摻雜N型氮化物漂移層的上表面，重摻雜P型氮化物區的厚度與輕摻雜N型氮化物突出體的厚度相同。