[发明专利]一种复合终端结构的氮化镓二极管

说明书

本发明公开了一种复合终端结构的氮化镓二极管，包括i型GaN本征层和p型GaN接触层，复合终端结构的氮化镓二极管为准垂直p‑i‑n结构；p型GaN接触层与i型GaN本征层之间加了一层低掺杂的p型GaN过渡层。本发明复合终端结构的氮化镓二极管，经仿真结果表明，比传统结构器件有着更均匀的电场分布和更大的反向击穿电压。

技术领域

本发明涉及一种复合终端结构的氮化镓二极管，属于功率整流器件技术领域。

背景技术

功率电子器件如功率整流器和功率开关广泛应用于国民经济的各个领域，如开关电源、汽车电子、无线电通信、电机控制等。长期以来，人们一直使用硅基功率电子器件；然而，随着硅工艺的多年发展，相应的硅基功率电子器件性能已经逐渐接近其理论极限。要想再大幅度地提高器件性能，突破功率电子器件发展所面临的“硅极限”问题，就必须采用新型半导体材料来制备下一代功率电子器件。新兴宽禁带半导体材料，尤其是III族氮化物半导体和碳化硅，在材料基本特性上具有制作更高性能功率电子器件的巨大潜力。其中，氮化镓(GaN)作为宽禁带半导体材料的典型代表，以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电场高(～3.3MV/cm)、饱和电子漂移速度大(～2.8×10⁷cm/s)、和热导率高等多方面性能优势在国际上受到了广泛关注，相关氮化物半导体技术发展迅速。

在多种基于宽禁带半导体材料的功率电子器件中，GaN基二极管近年来逐渐成为国际研究热点。GaN基二极管可同时具有高击穿电压、低开启电阻和很小的反向恢复时间等优异特性。作为一种最基本的功率电子器件，将GaN二极管应用于功率转换电路或模块，可以很大程度地提高系统的电能转化效率，并大大简化电路的复杂度，降低系统制备成本。

目前，人们已经可以在异质(Si、蓝宝石或碳化硅等)或同质(自支撑GaN体材料)衬底上成功制备GaN基二极管；现有器件也表现出了良好的性能。但是，这一技术的进一步发展也面临一个重要问题亟待解决，那就是：现有GaN基二极管的反向击穿电压并没有达到理论预测的那么高。理论上来讲，二极管的击穿电压极限(即理论值)应该是由器件内有源区内的载流子在强电场作用下发生碰撞离化而导致的雪崩击穿决定的。然而，目前国际上各研究机构或公司所报道的GaN基二极管的击穿电压值，一般只能达到理论预期值的30％～50％左右。要想更好的发挥GaN二极管在功率电子器件领域的性能优势，就必须有效提高其反向击穿电压。造成击穿电压不高的关键原因之一就是电场拥挤效应。具体来讲，二极管在反向偏置时，电极下耗尽区中的电场在水平方向上的分布并不是均匀地：越靠近电极边缘，电力线的分布越密；这样，在边缘处的耗尽层中就会出现电场的极大值，使雪崩击穿在此处提早发生。这个效应导致GaN基功率电子器件所应具有的高击穿电压和大输出功率等性能优势都不能充分发挥；同时，器件的反向漏电流也会偏大，导致其可靠性变差。