[发明专利]一种再生长填槽式GaN基结型势垒肖特基二极管结构及实现方法

说明书

本发明公开了一种再生长填槽式GaN基结型势垒肖特基二极管结构及制作方法，本发明属于微电子技术领域，涉及电力电子器件制作。所述结构包括GaN自支撑衬底、n^‑‑GaN漂移区、P型GaN区、掩膜介质层、槽型结构、再生长的n^‑‑GaN区、阴极金属和阳极金属。在GaN自支撑衬底上同质外延n^‑漂移区，并在该结构上形成掩膜介质层、槽型结构，再生长n^‑‑GaN部分或者全部填平槽型结构并淀积阳极、阴极金属。本发明能够在n^‑‑GaN漂移区上形成有效的PN结，在反偏大电压下，PN结能有效调节电场分布，降低金属半导体界面电场，抑制结漏电，提高器件的击穿电压，拓展了GaN基垂直结构肖特基二极管的应用范围。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及电力电子器件制作

背景技术

近年来，随着材料科学的发展，高质量、低位错密度GaN衬底材料逐步商业化，这为垂直结构器件的发展提供了便利，利用HVPE、钠熔法和氨热法获得的GaN衬底具有很低的缺陷密度。

随着GaN材料生长条件的成熟，在低位错密度GaN衬底上同质外延GaN的材料具有极低的缺陷密度，并且能严格控制杂质浓度，从而生长高阻GaN外延材料。垂直结构器件在功率电子领域的优势凸显，其利用高质量的GaN体材料进行导电，受界面态的影响很小，能最大限度地利用GaN体材料的优越性能。

垂直结构GaN肖特基势垒二极管皆具多子器件高的反应速度和宽禁带半导体的强稳定性，因此GaN肖特基势垒二极管有很广泛的应用前景。但肖特基势垒二极管在反偏情形下，高电场集中于金属半导体界面，结漏电比较严重，限制了垂直结构GaN肖特基二极管的应用范围。

目前比较常用来改进垂直结构GaN肖特基势垒二极管的一种结构是结型势垒肖特基二极管(JBS)，其利用PN结在反偏情形下耗尽靠近界面的半导体区域。PN结由于GaN材料禁带宽度大而表现出良好的稳定性，能够起到良好的屏蔽效果，而在正向偏置下，p区空穴注入，起到电导调制作用，降低了肖特基结的正向导通电阻。但是，现有工艺缺乏对GaN材料进行改性的手段，目前基于离子注入方法制备的GaN JBS性能较差。

发明内容

本发明为了拓展了GaN垂直结构肖特基势垒二极管在高压领域的应用，进一步降低该结构二极管的漏电，结合P-GaN易于生长的特点，在外延好的材料上生长P-GaN，在P-GaN上开槽之后再生长n^--GaN，从而形成有效的PN结，利用PN结的屏蔽作用使得二极管在反偏情况下电场分布更加均匀，反向漏电得到了极大的抑制，耐压性能得到很大程度的提高。

本发明的技术思路如下：目前基于离子注入方法制备的结型势垒肖特基二极管无法有效降低漏电。一方面，用离子注入实现GaN的P型掺杂困难，Mg离子激活效率很低；另一方面，用离子注入实现GaN的反型也很困难，在P-GaN注入Si后晶体质量极度恶化，正向性能无法保证。

依据上述技术思路，为了制备性能良好的GaN结型势垒肖特基二极管，提高肖特基二极管的击穿电压，一种再生长填槽式GaN基结型势垒肖特基二极管结构及实现方法，所述结构包括GaN自支撑衬底、n^--GaN漂移区、P型GaN区、掩膜介质层、槽型结构、再生长的n^--GaN区、阴极金属和阳极金属；在GaN自支撑衬底上生长n^--GaN漂移区、P型GaN区，在晶圆表面定义槽型区域，刻蚀形成槽型结构，然后再生长n^--GaN材料，并在该结构上形成肖特基阳极，背面形成欧姆阴极。。

该结构中各层组成成分及材料种类如下所示：

所述掩膜介质层的材料可以为：SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂、MgO以及光刻胶。