[发明专利]高耐压垂直型二极管及其制备方法

说明书

本发明提供一种高耐压垂直型二极管及其制备方法，二极管包括：衬底；N型GaN漂移层，设置于衬底的第一面上，N型GaN漂移层的掺杂浓度小于或等于1×10¹⁵cm³；P型GaN层，设置于N型GaN漂移层上，P型GaN层设置为呈自下而上依次缩进的台阶结构；P电极，形成于P型GaN层的顶部；N电极，形成于衬底的第二面。本发明的垂直型二极管，在衬底上外延生长了一层极低掺杂浓度的GaN漂移层，并将二极管的结构制作成多重斜梯式，从而减少台阶边缘处的应力集中和电场集中，本发明的二极管可以实现更高的可靠性、更高的耐压性能及更长时间的正常工作，并可提高器件使用寿命。

技术领域

本发明属于半导体二极管设计及制造领域，特别是涉及一种高耐压垂直型二极管及其制备方法。

背景技术

近年来，宽禁带半导体---氮化镓(GaN)因其优越的材料性能，广泛应用在功率和射频器件应用领域。垂直GaN二极管，因其耐高压、耐高温和体积小等优点，引起了人们高度重视并广泛应用。垂直GaN二极管的主要特点包括：1)能够承受高电压，并且具有良好的导电能力；2)体积小，可以大幅度减小器件的尺寸；3)面积利用率高，适宜导通大电流和阻断大电压。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高耐压垂直型二极管及其制备方法，用于解决现有技术中垂直GaN二极管耐压能力不足的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高耐压垂直型二极管，所述高耐压垂直型二极管包括：衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面；N型GaN漂移层，设置于所述衬底的第一面上，所述N型GaN漂移层的掺杂浓度小于或等于1×10¹⁵cm³；P型GaN层，设置于所述N型GaN漂移层上，所述P型GaN层设置为呈自下而上依次缩进的台阶结构；P电极，形成于所述P型GaN层的顶部；N电极，形成于所述衬底的第二面。

可选地，所述P型GaN层包括自下而上依次设置的多个P型GaN单元层，且多个所述P型GaN单元层的掺杂浓度自下而上依次增大，多个所述P型GaN单元层的厚度自下而上依次减小。

可选地，所述P型GaN层包括自下而上依次设置的第一GaN单元层、第二GaN单元层和第三GaN单元层，所述第一GaN单元层的厚度范围为250nm～350nm，其掺杂浓度为10¹⁸cm^-3数量级，所述第二GaN单元层的厚度为70nm～100nm，其掺杂浓度为10¹⁹cm^-3数量级，所述第三GaN单元层的厚度为10nm～20nm，其掺杂浓度为10²⁰cm^-3数量级。

可选地，所述台阶结构相邻的上台面与下台面之间的连接面设置为斜面，所述斜面相对所述下台面的倾斜角度为30°～60°，所述台阶结构相邻的上台面与下台面之间的高度差介于60nm～100nm之间。

可选地，所述N型GaN漂移层的厚度范围为40μm-60μm。

可选地，所述台阶结构的最下层显露所述N型GaN漂移层，显露的所述N型GaN漂移层区域形成有隔离沟槽，所述隔离沟槽的侧壁为斜面，以将所述隔离沟槽设置为倒梯形。