[发明专利]一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法

说明书

本发明提供一种垂直结构的GaN功率二极管器件制作方法，其中包括：步骤一、提供衬底，提供在衬底上的外延层，并在外延层上生长反型掺杂外延层；步骤二、图形化刻蚀反型掺杂外延层，形成凹槽；步骤三、在器件表面再生长外延层，并填充凹槽；步骤四、在器件表面淀积第一阳极金属层，在反型掺杂外延层区域图形化第一阳极金属，制作欧姆合金；步骤五、在器件正表面淀积第二阳极金属层，并在器件背面制作阴极。本发明还提供一种垂直结构的GaN功率二极管器件。本发明能够GaN基功率二极管在更高电流和功率环境下的性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法。

背景技术

现代科技对半导体功率器件的体积，可靠性，耐压，功耗等方面不断提出更高的要求。随着晶体管特征尺寸的缩小，由于短沟道效应等物理规律和制作成本的限制，主流硅基材料与CMOS技术正发展到10纳米工艺节点而很难继续提升。氮化镓具有较宽的禁带宽度，高热导率、强原子键、化学稳定性好、工作温度高、击穿电压高、抗辐照能力强等性质，适用于光电子、高温大功率器件和高频微波器件等应用。所以氮化镓被认为是新一代集成电路半导体材料，具有广阔的应用前景。

半导体功率二极管的几何结构包括两类：横向结构和垂直结构。以蓝宝石为生长衬底的横向结构的大功率氮化镓基二极管具备大尺寸、低成本以及良好的CMOS工艺兼容性等优点，但是较难获得很高的输出电流，散热效率低，电流拥塞，电流密度低，生产成本高，并且不可避免会受到由表面态导致的高压电流坍塌等难题的困扰。

在现有技术中，为解决横向结构的大功率氮化镓基半导体二极管的散热问题，倒装焊技术被提出，但是，倒装焊技术工艺复杂，生产成本高。另外，传统垂直结构的氮化镓基二极管的衬底成本极高，并且对衬底剥离技术要求极高，不易实现。

因此，亟需设计一种新型垂直结构的氮化镓基功率二极管及其制作方法，从而解决横向结构大功率氮化镓基半导体二极管输出电流小、电流坍塌等问题，有效应用于高压大功率电子应用领域。

发明内容

本发明提供的垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法，能够针对现有技术的不足，有效提高氮化镓基半导体二极管器件的输出电流，解决电流坍塌问题，提高氮化镓基半导体二极管器件的性能。

第一方面，本发明提供一种垂直结构的GaN功率二极管器件制作方法，其中包括：

步骤一、提供衬底，提供在所述衬底上的外延层，并在所述外延层上生长反型掺杂外延层；

步骤二、图形化刻蚀所述反型掺杂外延层，形成凹槽；

步骤三、在所述器件表面再生长所述外延层，并填充所述凹槽；

步骤四、在所述器件表面淀积第一阳极层，在所述反型掺杂外延层区域图形化所述第一阳极，制作欧姆合金；

步骤五、在所述器件正表面淀积第二阳极金属层，并在所述器件背面制作阴极。

可选的，上述衬底为N型重掺杂，所述外延层为N型轻掺杂，所述反型掺杂外延层为P型掺杂。

可选的，上述反型外延层通过外延生长方法制备，而非通过注入方法制备。

可选的，上述反型外延层通过MOCVD、MBE或HVPE方法制备。

可选的，上述步骤二中，所述反型掺杂外延层的图形区域被完全刻蚀或过刻蚀。

可选的，上述步骤二中，所述反型掺杂外延层的图形区域的过刻蚀范围为从所述反型掺杂外延层与所述外延层的界面到所述外延层到所述衬底的界面。

可选的，上述步骤四中，所述第一阳极层通过MOCVD、MBE或HVPE方法制备。