[发明专利]氮化镓垂直型PIN二极管及制备方法

说明书

本发明提供一种氮化镓垂直型PIN二极管，包括：衬底，衬底相对设有第一表面和第二表面；氮化镓缓冲层，外延生长在衬底的第一表面；PIN结，PIN结包括在氮化镓缓冲层上依次垂直生长的N+氮化镓外延层、本征氮化镓外延层、P+氮化镓外延层；阳极电极，设置在P+氮化镓外延层远离衬底的第一表面；阴极电极，包括欧姆接触电极金属层和阴极金属层，其中，在衬底的第二表面设有刻蚀槽，刻蚀槽至少延伸至露出N+氮化镓外延层，欧姆接触电极金属层设置在刻蚀槽内、与N+氮化镓外延层形成欧姆接触，阴极金属层形成在欧姆接触电极金属层上。本发明通过在PIN结节两侧分别制备对称分别的阴极电极和阳极电极，从而形成垂直型PIN二极管，提高了芯片的集成度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓垂直型PIN二极管及制备方法。

背景技术

宽禁带半导体GaN具有禁带宽度大、热导率高、击穿场强高、电子饱和漂移速度高等优点，在功率器件制造领域具有广阔的市场应用前景。使用GaN材料制作的二极管，与传统的Si二极管相比，在相同的芯片面积下，可以传输更大的电流和承受更高的电压。

目前，采用GaN异质外延材料制作的二极管为半垂直型二极管，即二极管的阳极和阴极在晶圆的同一面。但是，由于电极集中在晶圆同一面，增加了芯片的面积，减小了芯片的电流密度。并且在后续装配使用过程中需要对阳极和阴极同时采用打线的方式将电极引出，增加了使用难度和成本。如何制作垂直型PIN二极管，提高芯片集成度，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种氮化镓垂直型PIN二极管及制备方法，以解决目前PIN二极管无法制作成垂直型器件，集成度较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓垂直型PIN二极管，包括：

衬底，所述衬底相对设有第一表面和第二表面；

氮化镓缓冲层，外延生长在所述衬底的第一表面；

PIN结，所述PIN结包括在所述氮化镓缓冲层上依次垂直生长的N+氮化镓外延层、本征氮化镓外延层、P+氮化镓外延层；

阳极电极，设置在所述P+氮化镓外延层远离所述衬底的第一表面；

阴极金属层，包括欧姆接触电极金属层和阴极金属层，其中，在所述衬底的第二表面设有刻蚀槽，所述刻蚀槽至少延伸至露出所述N+氮化镓外延层，所述欧姆接触电极金属层设置在所述刻蚀槽内、与所述N+氮化镓外延层形成欧姆接触，所述阴极金属层形成在所述欧姆接触电极金属层上。

在一种可能的实现方式中，所述欧姆接触电极金属层与所述阳极电极在垂直于所述PIN结的方向上对应设置。

在一种可能的实现方式中，所述欧姆接触电极金属层与所述阳极电极尺寸相当、且相对所述PIN结位置对称。

在一种可能的实现方式中，所述阳极电极上还设有钝化层。

在一种可能的实现方式中，所述衬底的厚度为10μm～200μm、所述氮化镓缓冲层的厚度为0.01μm～5μm、所述N+氮化镓外延层的厚度为0.1μm～5μm、所述本征氮化镓外延层的厚度为0.1μm～100μm、所述P+氮化镓外延层的厚度为0.1μm～5μm和/或所述钝化层的厚度为0.1μm～10μm。

在一种可能的实现方式中，所述衬底为SiC、Si或蓝宝石。

在一种可能的实现方式中，所述欧姆接触电极金属层的金属为Ti/Al、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Pt/Au；和/或

所述阳极电极的金属为Ti/Au、Ni/Au或Ti/Al。