[发明专利]基于离子注入边缘终端的垂直AlN肖特基二极管及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于离子注入边缘终端的垂直AlN肖特基二极管，主要解决现有技术击穿电压较低，可靠性较差的问题。其自下而上包括衬底(1)、n+层(2)、漂移层(3)，衬底(1)的下部设有阴极(5)，漂移层(3)的上部设有阳极(6)，漂移层(3)和阳极(6)上部设有钝化层(7)，阳极(6)下方的漂移层(3)中通过离子注入形成边缘终端(4)。本发明由于对衬底、n+层和漂移层均采用AlN材料，并采用离子注入边缘终端降低阳极下方边缘电场峰值，提高了器件的击穿电压和可靠性，可作为大功率系统以及开关应用的基本器件。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种垂直AlN肖特基二极管，可用于微波整流、限幅器、功率开关和功率转换电路。

背景技术

随着半导体功率器件领域的不断发展，应用于功率器件的材料从第一代的Si材料到第二代的GaAs材料，都使得功率器件的性能发生了根本性质的变化。但是到目前为止，传统两代材料制作的半导体功率器件性能已经接近了由材料性质决定的理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率，以GaN为代表的宽禁带半导体材料，凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和较高的电子饱和漂移速度，以及化学性能稳定、耐高温、抗辐射等优异的物理、化学性质，在制备高温、抗辐射、高工作频率和大功率器件方面脱颖而出，并且在航空航天、雷达、通信等领域得到了广泛应用。目前基于GaN的肖特基二极管器件的研究是国际上的热点之一，通常，GaN肖特基二极管器件分为横向器件和垂直器件，相比于横向肖特基二极管，垂直肖特基二极管只需增加器件漂移区的厚度而不需要牺牲芯片的横向尺寸便可以提升器件的击穿特性，因此具有更高的功率密度。除此之外，垂直肖特基二极管的导电通道较宽，电流密度较大，而且垂直肖特基二极管的导电通道位于器件的内部，不易受到表面态的影响，动态特性好。但是，由于垂直GaN肖特基二极管在反向偏置时，阳极下方电场在水平方向上不是均匀分布，即距离电极边缘越近，电场线分布越密集，使得阳极下方边缘处会出现电场的极大值，导致此处容易发生雪崩击穿，造成垂直GaN肖特基二极管实际击穿电压和输出功率的下降和反向漏电流的增大，降低了器件的可靠性。除此之外，虽然GaN材料的临界击穿场强相较于前两代半导体材料有了很大的提升，但是目前基于GaN材料的垂直肖特基二极管的击穿电压较低，影响器件的可靠性，难以满足二极管器件在高压场景中的应用。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有器件技术的不足，提供一种基于离子注入边缘终端的垂直AlN肖特基二极管及制作方法，以改善器件的击穿特性，提高器件的可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一、基于离子注入边缘终端的垂直AlN肖特基二极管，自下而上包括衬底1、n+层2、漂移层3，衬底1的下部设有阴极5，漂移层3的上部设有阳极6，漂移层3和阳极6的上部设有钝化层7，其特征在于：

衬底1、n+层2、漂移层3采用AlN材料，以提高器件的击穿电压，

阳极6下方的漂移层3中通过离子注入形成边缘终端4，用于降低阳极下方边缘电场峰值，提高击穿电压。

进一步，所述n+层2的厚度为0.5～3μm，掺杂浓度为10¹⁸cm^-3～10²⁰cm^-3；所述漂移层3的厚度为1～30μm，掺杂浓度为10¹⁵cm^-3～10¹⁸cm^-3。

进一步，所述边缘终端4中注入的离子采用Mg或F或N或Ar离子。

进一步，所述钝化层7采用SiN或SiO₂或Al₂O₃或HfO₂介质。