[发明专利]一种快速恢复二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是，涉及一种快速恢复二极管及其制备方法。

背景技术

FRD(快速恢复二极管)是能够快速导通和截止的二极管，它通过与三端功率开关器件如绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等配合使用，以导通负载中的无功电流，缩短电容的充电时间，并抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压，大量应用于交直流变换器、脉冲宽度调制器等电力电子以及通信设备之中。目前制作FRD的主要材料依然是硅材料。氮化镓(GaN)材料具有高击穿电场，低正向压降以及高热导率等优点，是研制微电子器件，光电子器件的新型半导体材料，被誉为继第一代锗、硅半导体材料、第二代砷化镓、磷化铟化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。如何将其应用于FRD制造，获得反向恢复时间(t_RR)、电流(I_RR)、软化因子(S)都能得到更加有效控制的FRD，是本领域一直研究的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种快速恢复二极管，其采用氮化镓材料制备而成，且其反向恢复时间(t_RR)、电流(I_RR)、软化因子(S)都得到更加有效的控制，具有良好的应用前景。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种快速恢复二极管，包括N+型氮化镓外延层和从下到上依次设置在N+型氮化镓外延层一侧上的N型氮化镓外延层、N-型氮化镓基片层、P型氮化镓外延层、P+型氮化镓外延层和阳极层，所述N+型氮化镓外延层另一侧设置有阴极层。

优选的，所述N+型氮化镓外延层的厚度为10～14nm，掺杂浓度为4×10¹⁸～6×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述N型氮化镓外延层厚度为80～120nm，掺杂浓度约为0.5×10¹⁸～1.5×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述N-型氮化镓基片层厚度为2～3um，本征载流子的浓度为4×10¹⁶～6×10¹⁶cm^-3。

优选的，所述P型氮化镓外延层厚度为80～120nm，掺杂浓度为0.8×10¹⁸～1.2×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述P+型氮化镓外延层厚度为10～14nm，掺杂浓度为0.8×10¹⁸～1.2×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述阳极层为金属Ti/Au，Ti/Au沉积厚度为

优选的，所述阴极层为金属Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au沉积厚度为

一种快速恢复二极管的制备方法，包括：

S101.提供衬底；

S102.在衬底上生长N+型氮化镓外延层；

S103.在N+型氮化镓外延层上生长N型氮化镓外延层；

S104.在N型氮化镓外延层上生长N-型氮化镓基片层；

S105.在N-型氮化镓基片层上生长P型氮化镓外延层；

S106.在P型氮化镓外延层上生长P+型氮化镓外延层；

S107.在P+型氮化镓外延层上沉积阳极层；

S108.剥离衬底，在靠近衬底层一侧的N+型氮化镓外延层上沉积阴极层；900～1000℃下快速退火1min，即得所述快速恢复二极管。

进一步的，所述步骤S102～S106中，均采用金属有机物化学气相沉积法进行，所述步骤S102～S103中，反应室内通入有SiH₄气源；所述步骤S105～S106中，反应室内通入有Cp₂Mg气源。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明中快速恢复二极管采用氮化镓材料制备而成，且其反向恢复时间(t_RR)、电流(I_RR)、软化因子(S)都得到更加有效的控制，具有良好的应用前景。本发明的快速恢复二极管施加反向电压时，由于氮化镓材料具有宽禁带(3.4eV)、高的电子迁移率，制造出的快速恢复二极管具有更高的反向击穿电压和更大的前向电流；另外由于(P+P)GaN/N-GaN/(NN+)GaN双缓变PN结结构的存在，更加地提高了其反向击穿电压，增强了耐压能力的同时，反向恢复时间也缩短，容易实现快速开关特性。