[发明专利]一种纵向型氮化镓基半导体器件及制造方法

说明书

一种纵向型氮化镓基半导体器件及制造方法，所述器件，包括，氮化镓衬底、氮化镓外延层，其中，沟槽底介质层下形成有N型区，正向导通时，电子从源极流经反形层、积累层、沟槽底所述N型区，然后垂直地经N型外延层至底部漏区金属电极。该方法包括，在氮化镓衬底上依次生长GaN外延层、P_—GaN外延层、N+_—GaN外延层；对所述P_—GaN外延层进行刻蚀，形成沟槽；注入N型掺杂剂，使P型区转为N型区；形成栅介质层，并在栅极开空中形成栅极金属；形成层间介质，并在层间介质中形成接触孔掩模开孔；形成发射区金属垫层和终端区场板。本发明的纵向型半导体器件，减少了器件尺寸和制造成本，具有良好的高频、高功率、耐高温以及抗辐射性能，具有更好的性价比。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓半导体器件，尤其涉及一种纵向型的氮化镓基的垂直器件。

背景技术

第三代半导体材料，包括：硫化镉（CdS）、氧化锌（ZnO）、碳化硅（SiC）、氮化镓(GaN)、金刚石等。这些半导体材料的禁带宽度都大于2.2eV， 在电子器件方面，对 SiC 和GaN 研究得相对比较成熟，是目前世界半导体材料和器件研究领域中的热点。

GaN禁带宽度是3.4eV，宽禁带使GaN材料能够承受更高的工作温度，也使GaN材料有更大的击穿电场，更大的击穿电场意味着器件能够承受更高的工作电压，可以提高器件的功率特性，GaN还有高的电子饱和漂移速度和高的热导率，总的来说，GaN是可以用来制造高频、高压大功率半导体器件的优良材料。

GaN基异质结材料是GaN材料中的重要代表，其延续了GaN材料高击穿电场、高电子饱和漂移速度等优点。铝镓氮/氮化镓（AlGaN／GaN）是GaN基异质结材料中的主要结构代表，AlGaN／GaN异质结中，A1GaN为宽禁带材料，GaN为窄带材料，两者形成 I 型异质结，二维电子气（2DEG）位于异质结界面的GaN一侧。

A1GaN／GaN已经被大量地应用在光电和电子器件方面，这也是推动GaN 材料向高水平和低成本发展的动力之一，光电子器件主要包括A1GaN／GaN 多量子阱结构的激光器和发光管；电子器件主要聚焦在以 AlGaN／GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)结构作为GaN基器件的基础代表，这种结构具有良好的高频、高功率、耐高温以及抗辐射性能, 用这种结构研制出的器件包括有 AlGaN／GaN 异质结场效应晶体管(AlGaN／GaN HFETS)和 AlGaN／GaN 异质结肖特基二极管等。

上述的GaN基异质结器件为横向器件。所谓横向器件，就是器件的所有电极都放置在器件的表面之上，而且，器件的表面结构里的有源区也用来承受施加于器件之上的反偏置电压，如果反偏置电压愈高，需要使用的表面有源区便愈宽，这就导致芯片面积使用率不如垂直高压器件有效，相比之下，横向高压器件的表面平均每单位面积的输出功率远小于垂直高压器件，这是横向器件的一大缺点。

美国专利号8,569,799提出了一种包含了掩埋接触的氮化镓器件，该器件使得横向器件的电极分布变成类似垂直器件一样，即阳极(高电压)在器件的一面，阴极(低电压)在另一面，该专利中描述的结构仅是“准”垂直结构，仍依靠芯片表面的有源区的宽度来承受反偏置的电压，在表面面积的使用率上比一般横向器件没有多大的改进。

与横向器件相比，垂直的GaN器件的电流可以从芯片的一面垂地流至另一面，而且，芯片内的外延层可以用来承受施加与芯片上的反偏置电压，垂直GaN器件的击穿电压可通过增加漂移区的厚度来增加，而无需牺牲器件尺寸，这样就能有效地利用芯片面积去处理器件规格所要求的电流和电压，所以垂直器件芯片的每单位面积能提供更高和更有效的功率，使产品有更好的性价比，采用垂直结构有助于减少芯片尺寸和制造成本。

不论是氮化镓基异质结横向器件还是氮化镓基垂直结构器件，都是制造在外延材料上的，衬底可以是氮化镓单晶，碳化硅单晶或硅单晶。