[发明专利]一种氮化镓功率器件的制备方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种氮化镓功率器件的制备方法。通过衬底剥离技术来实现器件的纵向导通，在中低压应用领域能够有效地缓解对GaN自支撑衬底的依赖，大大降低了器件制作成本；采用选择区域外延p型GaN方法制作终端结构，避免了离子注入或刻蚀带来的晶格损伤，获得高载流子浓度的p型GaN，减缓了反向偏压下器件电极下方存在的电场集中效应，从而提高了器件的击穿电压。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种氮化镓功率器件的制备方法。

背景技术

功率半导体器件能够通过高速开关来实现电力设备的电能转换和电路控制。其中功率二极管中主要包括pn二极管和肖特基二极管。与pn结二极管相比，肖特基二极管具有开启电压低、开关速度快的特点，在功率电子系统中能够发挥出功率损耗低、工作频率高的优势，在电源、驱动电路等领域有广泛的应用前景。在过去的几十年中，Si材料由于具有成本低、工艺简单、易于集成等优点，被广泛地应用于电力电子器件领域。然而，Si材料的禁带宽度窄(1.12eV)、临界击穿电场低(0.3MV/cm)，这使得Si器件已无法满足市场上对于性能持续增长的需求。而GaN作为第三代半导体材料的代表，具有宽禁带宽度(3.4eV)，高临界击穿电场(3.4MV/cm)、高饱和电子漂移速率(2.5×10⁷cm/s)、高热导率等优点，在高温、高频、高功率电力电子器件领域具有很大的发展空间。

当向肖特基二极管施加反向偏压时，在电极边缘下方会出现电场集中效应，此处电场远高于肖特基结表面处电场，导致器件提前击穿。因此通常需要采用终端结构来缓解电场集中效应。其中，一种常用的终端结构是在电极下方通过离子注入或刻蚀p型GaN外延层形成pn结，在反向偏压下pn结耗尽区延展，能够有效地缓解电场集中效应。但目前通过离子注入形成p型GaN仍存在一定困难。在GaN材料中通常用Mg作为受主杂质，但为激活GaN中的Mg，需要经过1300℃以上的高温退火，这会导致n型GaN分解，而且目前的激活效率和激活后空穴浓度仍比较低。除此之外，离子注入Mg也会造成一定的晶格损伤。而采用刻蚀p型GaN外延层的方法，则需要精确控制刻蚀深度，并且在刻蚀的凹槽侧壁、底面也存在一定的刻蚀损伤，影响器件性能。

另一方面，从器件结构上来看，GaN肖特基二极管主要有纵向型和准纵向型结构。对于纵向型器件，其具有电流分布均匀、占用面积小、散热好等特点，但一般需要采用同质衬底，而目前GaN自支撑衬底价格昂贵，且晶圆尺寸小，不利于实现商业化。而准纵向型器件，可采用价格便宜的Si衬底和蓝宝石衬底，然而准纵向型器件还存在电流分布不均匀、需要深侧壁刻蚀、晶圆利用率低等问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种氮化镓功率器件的制备方法，能够有效降低器件制备的成本，以及能够有效缓解反向偏压下电极下方的电场集中效应，提高器件击穿电压。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氮化镓功率器件的制备方法，包括以下步骤：

S1.通过MOCVD在衬底上外延生长器件漂移区；

S2.过ICP刻蚀台面进行器件隔离；

S3.在器件漂移区上通过PECVD沉积介质层SiO₂作为掩膜，去除p型GaN区域位置处的SiO₂掩膜层；

S4.外延生长出p型GaN区域，去除SiO₂掩膜层；

S5.在步骤S4形成的器件上生长介质层，去除器件肖特基接触区域位置处的介质层；

S6.将步骤S5形成的器件通过键合层，键合到临时衬底上；

S7.通过衬底剥离技术，将原衬底从步骤S6形成的器件上剥离下来；

S8.在器件漂移区上采用电子束蒸发法或磁控溅射法蒸镀Ti/Al/Ni/Au形成欧姆接触电极作为二极管阴极；