[实用新型]一种垂直导通氮化镓功率二极管

说明书

本实用新型涉及一种垂直导通氮化镓功率二极管，属于功率二极管技术领域，该垂直导通二极管包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的成核层、超晶格应力缓冲层、GaN漂移层、掩膜层；所述衬底和所述GaN漂移层上还分别沉积有电学接触不同的第一电极和第二电极。本实用新型通过在垂直导通二极管中提供了超晶格应力缓冲层，该超晶格应力缓冲层可以实现衬底垂直导通及外延生长过程中GaN漂移层的应力调控，并且增加了场限环结构提高二极管的击穿电压。

技术领域

本实用新型属于功率二极管领域，特别涉及一种垂直导通氮化镓功率二极管及其制备方法。

背景技术

功率器件在电能转换和控制电路中扮演电学开关角色。目前传统硅基器件性能逐渐逼近其材料理论极限，难以满足现代功率系统日益增长的需求。以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料具有高的临界击穿电场可以在相同击穿电压时实现更低的电容及导通电阻，被公认为理想的下一代功率器件材料。GaN 功率器件是《中国制造2025》中电力装备、新能源汽车、轨道交通等重点发展领域的支撑技术，既是国际发展前沿也符合我国重大战略需求。

GaN功率器件主要分为横向和纵向导通两大技术路线。基于AlGaN/GaN异质结构(二维电子气沟道)的横向二极管及功率晶体管已经展现出优异的电学性能，并在2009年推出了常关型器件的商业化产品。然而，GaN横向器件能处理的极限功率在kW量级。而为了适用于更高功率等级，器件尺寸迅速增大，导致材料不能有效利用、电流提取困难及低可靠性。此外，氮化镓横向器件在关态时的高电场会导致电子被俘获在表面陷阱中产生电流崩塌效应，劣化器件性能及长期可靠性，尤其是在超高压应用场合。

外延结构中通常存在高阻的缓冲层而限制了电流的垂直导通，业界基于准垂直结构实现了500-800V的功率二极管及三极管。然而，准垂直结构中存在电流拥堵现象且由于漏极仍然位于同一面增大了器件尺寸。2016年，利用转移衬底或者衬底通孔技术可以去除高阻缓冲层实现耐压大于500V的功率二极管，但是增加了器件工艺复杂性。2017年名古屋工业大学基于导电型缓冲层实现了击穿电压为369V、导通电阻为7.7mΩcm2的垂直型二极管。然而，硅基GaN垂直型功率器件相关报道还非常少且器件性能与材料极限尚有很大差距。一个主要原因是由于电场集中在金属电极和氮化镓材料界面处导致提前击穿，需要研发新型的终端结构对其进行改善。

因此，需要一种具有低阻的缓冲层的功率二极管。

实用新型内容

本实用新型提供一种垂直导通氮化镓功率二极管，以解决现有的功率二极管中高阻的缓冲层限制了电流的垂直导通，并且应力不可调的技术问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种垂直导体二极管，包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的成核层、超晶格应力缓冲层、GaN漂移层、掩膜层；所述衬底和所述GaN漂移层上还分别沉积有电学接触不同的第一电极和第二电极。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述超晶格应力缓冲层为掺杂 AlN/GaN超晶格，所述掺杂AlN/GaN超晶格为通过在AlN/GaN超晶格中掺杂锗元素或硅元素形成的掺杂AlN/GaN超晶格。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述成核层为AlN、AlGaN以及 GaN中的一种。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述GaN漂移层为掺杂有锗元素或者硅元素的GaN层。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述衬底为硅衬底，所述掩膜层为SiO₂。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，还包括多个场限环，所述掩膜层上刻蚀有贯穿所述掩膜层的多个第一凹槽，多个第一凹槽对称的设于所述第二电极的两侧，所述场限环沉积在所述第一凹槽中并伸出所述第一凹槽。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述第一凹槽切入所述GaN漂移层内。