[发明专利]一种GaN基异质结二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基异质结二极管及其制备方法，该GaN基异质结二极管包括：依次生长在衬底上的GaN本征层和势垒层；在部分势垒层上形成部分凹槽区域，高空穴浓度结构层覆盖在凹槽上表面；阴极电极位于势垒层上表面未被高空穴浓度结构层覆盖的部分区域；阳极电极第一部分位于势垒层上表面未被高空穴浓度结构层覆盖的另一部分区域，其位置紧挨着高空穴浓度结构层；阳极电极第二部分覆盖于高空穴浓度结构层的上表面；钝化保护层覆盖在势垒层上表面未被阴极电极和阳极电极覆盖的区域。本发明可靠性高，重复性好，可实现对器件开启电压的调节，获得低开启电压、低反向漏电流的GaN异质结二极管。

技术领域

本发明涉及半导体器件制作技术领域，具体涉及在GaN异质结结构上加入新型组分渐变的p型多元氮化物合金的GaN基异质结二极管及其制备方法。

背景技术

GaN材料因其具备禁带宽度大，临界击穿电场高，热导率高等特点，在制备高压、高温、大功率和高密度集成的电子器件方面具有独特的优势。

GaN材料可以与AlGaN、InAlN等材料形成异质结结构。由于AlGaN或InAlN等材料存在自发极化和压电极化效应，因此会在异质结界面处形成高浓度和高迁移率的二维电子气(2DEG)。这种特性不仅可以提高GaN基器件的载流子迁移率和工作频率，还可以减小器件的导通电阻和开关延迟。

GaN基二极管由于其具备击穿特性高，开关速度快等特点，在电源管理、风力发电、太阳能电池、电动汽车等电力电子领域有着广泛的应用前景。GaN基异质结肖特基二极管具有开关速度快，反向电压高，效率高，损耗小，在600V-1200V器件范围内有巨大的市场应用前景。但是目前GaN基肖特基二极管存在以下几个缺点：

1、正向开启电压高且不可调节。常规的GaN肖特基二极管由于肖特基势垒的限制，正向开启电压一般被固定在1V左右，不能调整。

2、反向漏电流大。由于肖特基势垒高度小等特点，肖特基二极管的反向漏电流明显高于pn结二极管，使得GaN基肖特基二极管的击穿电压下降。

针对这些缺点，研究者提出采用高低功函数金属层混合阳极、肖特基下方的F离子注入技术、凹槽阳极等方式来制作肖特基二极管，可以有效地降低肖特基二极管的开启电压，但不能有效降低器件的反向漏电流，有效地降低GaN二极管的开启电压、反向漏电流，提高击穿电压成为主要解决问题。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种GaN基异质结二极管及其制备方法。

为达到上述目的的一个方面，本发明提供了一种GaN基异质结二极管，该GaN基异质结二极管包括：衬底；GaN本征层，形成于衬底之上；势垒层，形成于GaN本征层之上，且在势垒层和GaN本征层上形成台面图形，以与其他GaN二极管隔离；钝化保护层，形成于势垒层及台面图形之上；高空穴浓度结构层，形成于一凹槽区域中，该凹槽区域系对钝化保护层及势垒层图形化形成；阴极电极，形成于势垒层上表面未被高空穴浓度结构层和钝化保护层所覆盖的部分区域；阳极电极第一部分，形成于势垒层上表面未被高空穴浓度结构层和钝化保护层所覆盖的另一部分区域，且紧邻高空穴浓度结构层；阳极电极第二部分，覆盖于高空穴浓度结构层的上表面。

上述方案中，所述GaN本征层的厚度为50nm-10μm。

上述方案中，所述势垒层的制作材料为AlN、InN、AlGaN、InGaN或者InAlN，厚度为5nm-1μm。

上述方案中，所述凹槽区域的凹槽深度小于等于势垒层厚度且可为0nm。

上述方案中，所述高空穴浓度结构层的制作材料为Al组分渐变的p型氮化物多元合金，所述高空穴浓度结构层的p型氮化物的最大掺杂浓度为10⁵-10²²/cm^-3。