[发明专利]一种垂直GaN功率二极管

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种垂直GaN功率二极管。本发明在阳极电压为0V时，利用阳极金属与GaN半导体之间功函数差耗尽二极管阳极和阴极之间的导电沟道，实现二极管关断及耐压的功能，避免了GaN肖特基二极管因肖特基结因漏电而导致的提前击穿，获得高反向击穿电压和低泄漏电流；当阳极电压大于电压临界值时，耗尽区变窄,器件导通；当阳极电压进一步增大，凸出部分的漂移区侧壁开始出现高浓度电子积累层，通过调节凸出部分的漂移区的宽度以及选择合适的阳极金属，从而获得低开启电压和极低导通电阻。此外，沟道区势垒高度随温度几乎不变，具有很高的温度稳定性。本发明具有开启电压小，击穿电压高，比导通电阻低，温度稳定性好等优点。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种垂直GaN功率二极管。

背景技术

横向GaN晶体管击穿电压和电流能力的提升需要更大的芯片面积，同时，栅介质与宽禁带半导体材料界面的强电场会影响器件可靠性，导致器件提前击穿，无法充分发挥材料的优势。相比之下，垂直GaN晶体管器件结构耐压不受横向尺寸的限制，一方面，有效减小芯片面积、降低芯片成本；另一方面，耐压时的电场峰值远离器件表面，提高器件可靠性。其中，垂直GaN肖特基二极管由于具有低正向导通压降和快反向恢复的特性，能够实现低导通损耗和关断损耗，十分适合于高频低功耗应用。然而，由于受到镜像力势垒降低和隧穿电流的影响，导致垂直GaN肖特基二极管反向泄漏电流增大，器件发生提前击穿。垂直GaN PiN二极管正向导通时是PN结开启，由于GaN禁带宽度较大为3.4eV，因此其开启电压较大，同时，少子会影响反向恢复特性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种具有高反向击穿电压和低泄漏电流的垂直GaN功率二极管。

本发明的技术方案是，一种垂直GaN功率二极，包括阳极结构、N型漂移区1和阴极结构，其中阳极结构位于N型漂移区1之上，阴极结构位于N型漂移区1下端；

所述N型漂移区1的中部向上凸起从而呈倒“T”字形结构；所述阳极结构包括第一导电材料2、第一材料层3、第一绝缘材料层4、第二绝缘材料层5和第一高掺杂N型半导体层6，第二绝缘材料层5覆盖在N型漂移区1除凸起部位以外的上表面；所述第一绝缘材料层4覆盖在N型漂移区1凸起部分两侧及第二绝缘材料层5上；所述第一高掺杂N型半导体层6位于N型漂移区1凸起部位的顶部；所述第一材料层3位于第一高掺杂N型半导体层6的两侧，且沿N型漂移区1凸起部位的侧面向下延伸至与第一绝缘材料层4接触；所述第一导电材料2覆盖在第一高掺杂N型半导体层6、第一材料层3和第一绝缘材料层4上；

所述阴极结构包括第二导电材料层8和第二高掺杂N型半导体层7，第二N型层7位于N型漂移区1和第二导电材料层8之间；

所述第一导电材料2与第一高掺杂N型半导体层6形成欧姆接触，第一导电材料2的材料包括但不限于金属、多层金属堆栈结构及合金。

本发明提出一种高压垂直GaN功率二极管，该结构通过阳极金属与GaN之间的功函数差耗尽二极管阳极和阴极之间的导电沟道，实现二极管关断和耐压的功能，避免了GaN肖特基二极管因肖特基结因漏电而导致的提前击穿，从而获得高反向击穿电压和低泄漏电流；当阳极电压大于电压临界值时，耗尽区变窄，器件导通，当阳极电压进一步增大，凸出部分的漂移区侧壁开始出现高浓度电子积累层，从而获得低开启电压和极低导通电阻。此外，沟道区势垒高度随温度几乎不变，具有很高的温度稳定性。

进一步的，所述第一材料层3和第一绝缘材料层4为同种绝缘材料。

进一步的，所述第一材料层3与N型漂移区1为肖特基接触，第一材料层3是金属或者是包含金属的复合结构。

更进一步的，第二绝缘材料层5覆盖在N型漂移区1除凸起部位外的上表面，并沿N型漂移区1凸起部位的侧面向上延伸，从而使位于第二绝缘材料层5上方的第一绝缘材料层4和第一导电材料2皆呈阶梯状。

本发明方案的器件，其版图为条形元胞、多边形元胞或者为圆形元胞。