[发明专利]基于横向外延过生长的GaN超级结二极管制作方法

说明书

本发明公开了一种基于横向外延过生长的GaN超级结二极管制作方法，主要解决现有技术不能达到预期击穿电压的问题。其自下而上包括阴极(1)、n型GaN衬底(2)、n型GaN外延层(3)和阳极(5)。其中在n型GaN外延层(3)中增设有Mg掺杂凹槽形p型Al_xGaN结构层(4)，该p型Al_xGaN结构层(4)与n型GaN外延层(3)在水平方向上相间分布，且该凹槽侧壁与n型GaN外延层(3)之间形成超级结结构，凹槽底部与n型GaN衬底(2)之间形成pn结结构，且该p型Al_xGaN结构层(4)中Al组分x的取值范围为0.1～0.5。本发明显著提高了击穿电压，可用于作为功率器件。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种GaN基二极管制作方法，可用于功率器件。

背景技术

功率电子器件广泛用在各种应用中，功率器件在功率整流和功率开关领域起关键作用。而GaN基功率器件以其开关速度快，工作温度高，击穿电压大，以及开态电阻小的优点而广受关注。GaN自身特殊的材料特性，比如大禁带宽度，高击穿场强，高饱和速度，和高电子气密度造就了GaN基功率器件的优越性能。现今，尽管GaN基高电子迁移率晶体管已经取得了突破性进展，但是在本领域中对改进的电子系统和操作其的方法仍存在需求。

GaN基功率器件其结构包括平面结构的GaN基功率器件和垂直结构的GaN基功率器件。相比于平面结构的GaN基功率器件，垂直结构的GaN基功率器件有着显著的优势：不需要通过牺牲芯片面积来获得较高的反向击穿电压，并且由于电场峰值远离器件表面，器件有很好的可靠性以及优良的稳定性。但是目前的这种垂直结构的GaN基二极管器件结构单一，击穿性能有限，不能达到更高的击穿电压。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的问题，提供一种基于横向外延过生长的GaN超级结二极管制作方法，以最大限度的提高器件的击穿电压。

为实现上述目的，本发明的基于横向外延过生长的GaN超级结二极管，自下而上包括阴极、n型GaN衬底、n型GaN外延层和阳极，其特征在于：

在n型GaN外延层(3)中增设有与凹槽形p型Al_xGaN结构层(4)，该p型Al_xGaN结构层(4)与n型GaN外延层(3)在水平方向上相间分布，且凹槽侧壁与n型GaN外延层(3)之间形成超级结结构，凹槽底部与n型GaN衬底(2)之间形成pn结结构。

进一步，所述凹槽形p型Al_xGaN结构层的横向厚度与纵向厚度相同，纵向厚度为n型GaN外延层厚度的一半，掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，其中Al组分x的取值范围为0.1～0.5。

进一步，所述阴极位于n型GaN衬底的背面，并与n型GaN衬底之间形成欧姆接触。

进一步，所述n型GaN衬底的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，厚度为200～400μm。

进一步，所述n型GaN外延层的掺杂浓度为2～5×10¹⁶cm^-3，厚度为1～3μm。

进一步，所述阳极位于n型GaN外延层与p型Al_xGaN结构层之上，且与n型GaN外延层之间形成肖特基接触，与p型Al_xGaN结构层之间形成欧姆接触。

为实现上述目的，本发明基于横向外延过生长的GaN超级结二极管，包括如下步骤：

1)对厚度为200～400μm的GaN衬底材料进行Si元素掺杂，得到掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的n型GaN衬底；