[发明专利]利用再生长氮化镓层制造混合的PN结与肖特基二极管的方法

说明书

一种用于以氮化镓(GaN)基材料制造混合p‑i‑n肖特基(MPS)二极管的方法包括提供具有第一表面和第二表面的n型GaN基衬底。该方法还包括形成耦接至n型GaN基衬底的第一表面的n型GaN基外延层和形成耦接至n型GaN基外延层的p型GaN基外延层。该方法还包括去除部分p型GaN基外延层以形成多个掺杂剂源和再生长GaN基外延层，该再生长的GaN基外延层包括在与部分所述n型GaN基外延层交叠的区域中的n型材料和在与多个掺杂剂源交叠的区域中的p型材料。该方法还包括形成电耦接至再生长的GaN基外延层的第一金属结构。

背景技术

功率电子器件广泛用在各种应用中。功率电子器件通常用在电路中以改变电能的形式，例如，从AC到DC，从一个电压电平到另一电压电平，或者以一些其他方式。这样的器件可以在宽范围的功率电平内操作，从移动装置中的几毫瓦至高压输电系统中的几百兆瓦。尽管在功率电子器件中取得了进展，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。

发明内容

本发明一般性涉及电子器件。更具体地，本发明涉及利用III族氮化物半导体材料形成混合的p-i-n与肖特基(MPS)二极管。在一些实施方案中，提供了混合的p-n和肖特基二极管，其又可以称为MPS二极管。仅通过示例的方式，本发明已经应用于利用再生长包括p型区域和n型区域的氮化镓(GaN)基外延层来制造MPS二极管的方法和系统。这些MPS二极管能够用在能够受益于电容低且在断开状态下漏电流非常低的高压开关的一系列应用中。

MPS二极管采用了下述器件结构：该器件结构可以被设计成正向表现出肖特基二极管的低导通电压，反向表现出p-n二极管的低反向漏电流。另外，由于GaN的突出的材料特性，GaN MPS二极管优于Si以及SiC材料体系的竞争者。如本文所描述的，MPS二极管包括肖特基接触，在肖特基接触的区域内具有埋置的p型(例如p+)区。在p-n结在较高电压处导通之前，正向导通由肖特基部控制。反向操作模式由适当隔开的p-n结控制。也可以使用用于形成p型区的相同工艺步骤来构成器件的边缘终端(edge termination)。

根据本发明的一个实施方案，用于以氮化镓(GaN)基材料制造混合p-i-n肖特基(MPS)二极管的方法包括提供具有第一表面和第二表面的n型GaN基衬底。所述方法还包括形成耦接至n型GaN基衬底的第一表面的n型GaN基外延层和形成耦接至所述n型GaN基外延层的p型GaN基外延层。所述方法还包括去除部分p型GaN基外延层以形成多个掺杂剂源和再生长GaN基外延层，该再生长的GaN基外延层包括在与部分n型GaN基外延层交叠的区域中的n型材料和在与多个掺杂剂源交叠的区域中的p型材料。所述方法还包括形成电耦接至再生长的GaN基外延层的第一金属结构。

根据本发明的另一实施方案，MPS二极管可以包括具有第一侧和与第一侧相反的第二侧的III族氮化物衬底。III族氮化物衬底的特征在于第一导电类型。所述MPS二极管还包括耦接至III族氮化物衬底并且特征在于第一导电类型的第一III族氮化物外延层、和耦接至第一III族氮化物外延层并且特征在于第二导电类型的多个掺杂剂源。所述MPS二极管还包括与部分第一III族氮化物外延层交叠并且与多个掺杂剂源交叠的第二III族氮化物外延层。所述第二III族氮化物外延层包括特征在于第一导电类型的第一区域和特征在于第二导电类型的第二区域。所述MPS二极管还包括电耦接至第二III族氮化物外延层的第一金属结构。

根据本发明的又一实施方案，MPS二极管可以包括：III族氮化物衬底；耦接至III族氮化物衬底的n型III族氮化物外延层；以及耦接至n型III族氮化物外延层的多个p型掺杂剂源，所述p型掺杂剂源中的每一个均具有相反的蚀刻表面。所述MPS二极管还包括再生长的III族氮化物外延层，再生长的III族氮化物外延层包括：耦接至部分n型III族氮化物外延层和相反的蚀刻表面的n型区；和耦接至所述多个p型掺杂剂源并且散布在n型区之间的p型区。在相邻的n型区与p型区之间存在体相界面。