[实用新型]高阻断电压的氮化镓PN二极管

说明书

高阻断电压的氮化镓PN二极管,涉及氮化镓功率半导体器件。包括基板、过渡层、漂移层、有源区、漂移通道、场板和金属电极层；有源区第二半导体层、漂移层和两个漂移通道构成一个环状的漂移区结构，相对于仅有横向漂移区的横向结构氮化镓PN二极管或者仅有垂直漂移区的垂直结构氮化镓PN二极管，本案中的漂移区的路径总长度大于制作在相同基板及外延层尺寸的横向结构或者垂直结构氮化镓PN二极管中漂移区的路径长度，由此增大氮化镓PN二极管的阻断电压。本案具有提高器件的阻断电压，同时使阳极电极、阴极电极和场板电极汇集于器件结构的顶面，形成一种共面的器件输入输出电极结构，便于实现器件的平面集成化以及在功率集成电路中应用等特点。

技术领域

本实用新型涉及氮化镓功率半导体器件，尤其是高阻断电压的氮化镓PN二极管，属于电力电子器件技术领域。

背景技术

作为第三代半导体典型代表的氮化镓半导体具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优点，氮化镓PN二极管因其高阻断电压、低反向漏电流、高开关速度等优异特性在电源管理、5G移动通信、半导体照明、消费电子等领域具有广泛的应用。

现行技术中的氮化镓PN二极管主要采用横向与垂直两种结构形式。

横向结构的氮化镓PN二极管制作在异质外延的氮化镓半导体衬底上，基板为价格低廉的硅基板，或者碳化硅基板，或者蓝宝石基板。现行技术中，横向结构的氮化镓PN二极管一般通过加大极间间距即加大漂移区长度来获得较高的阻断电压，但因此会增大器件芯片尺寸和导通电阻，减小单位芯片面积上的有效电流密度和芯片性能。

垂直结构的氮化镓PN二极管制作在同质外延的氮化镓半导体衬底上，现行技术中的垂直结构氮化镓PN二极管一般通过加大外延层厚度来增大漂移区长度以获得较高的阻断电压，但氮化镓外延层的缺陷密度与外延层的厚度成正比，且现行氮化镓外延技术尚不足以制备大尺寸、高性能、低成本的自支撑氮化镓外延片，从而限制了垂直结构的氮化镓PN二极管的性能和应用。

早期横向结构的氮化镓PN二极管的阳极电极和阴极电极分布在器件结构两侧的顶面，台面结构的横向氮化镓PN二极管的阳极电极和阴极电极分布在台面两侧的底部，而垂直结构的氮化镓PN二极管中组成器件结构的阴极电极、衬底、漂移层、器件有源层、阳极电极沿垂直方向由自下而上依次相接，阳极电极位于器件结构的顶面，阴极电极位于器件结构的底面，或者通过制作台面使阴极电极位于底部的两侧，均为非共面的输入输出电极结构，不便于器件的平面集成及其在功率集成电路中的应用。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种通过环形漂移区结构增大漂移区的路径长度以提高器件的阻断电压，同时使阳极电极、阴极电极和场板电极汇集于器件结构的顶面，形成一种共面的器件输入输出电极结构，便于实现器件的平面集成化以及在功率集成电路中应用的高阻断电压的氮化镓PN二极管及制备方法。

本实用新型的技术方案是： 高阻断电压的氮化镓PN二极管，包括基板、过渡层、漂移层、有源区、漂移通道、场板和金属电极层；

所述基板、过渡层和漂移层自下而上依次相接设置；

所述有源区包括自下而上依次相接的有源区第二半导体层、有源区第一半导体层和有源区欧姆接触层；

所述漂移通道包括自下而上相接的通道漂移层和漂移通道欧姆接触层以及位于通道漂移层和漂移通道欧姆接触层内外两侧的漂移通道内隔离层与漂移通道外隔离层；

所述有源区和漂移通道分别与漂移层的上端相接，所述漂移通道设有两个，位于有源区的两侧；所述漂移通道通过漂移通道内隔离层与有源区相隔离；

所述场板设有两个，分别内嵌于相应的漂移通道内隔离层中；

所述金属电极层包括阳极电极、阴极电极和场板电极；

所述阳极电极位于有源区的顶部并与有源区欧姆接触层相接；