一种III-V族氮化物功率器件制造技术

公开了一种III‑V族氮化物功率器件，包括阳极、阴极和衬底，还包括缓冲层，位于衬底上方；半绝缘氮化镓层，位于所述缓冲层上方；第一N型氮化镓层，位于所述半绝缘氮化镓层上方；第二N型氮化镓层，位于所述第一N型氮化镓层上方；以及至少一层空间电荷层，位于所述第二N型氮化镓层内，所述至少一层空间电荷层包括类P型区和空间电荷窗口，其中所述类P型区中引入电负性离子，所述空间电荷窗口位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口具有第三N型掺杂浓度。这种结构能兼顾器件的正向导通性能以及反向击穿和反向漏电流性能，并且实现这种结构的工艺在实验室和工业生产的条件下可行性较高，方法较为简单。

A III-V nitride power device

【技术实现步骤摘要】
一种III-V族氮化物功率器件
本专利技术涉及一种半导体器件，尤其涉及一种III-V族氮化物功率器件。
技术介绍
相较于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，以碳化硅和III-V族氮化物为代表的第三代半导体，因其禁带宽度大、临界击穿场强高、电子饱和速率高等特点，在电力电子应用中具有显著优势。P型半导体与N型半导体接触之后会形成PN结，并且在界面附近的P型与N型半导体会相互耗尽形成空间电荷区，同时该空间电荷区的厚度会随着外加电场的变化而发生改变。临界的情况下，P型与N型半导体将会完全耗尽，即P型半导体中由负电荷构成，N型半导体由正电荷构成，此时的空间电荷区由于缺少可移动的载流子将具有较大的电阻率。在硅和碳化硅体系中，常用的功率器件P型结构的制造，往往涉及到局部P型掺杂。但由于局部P型离子注入和激活效率的根本限制，通过热扩散和离子注入实现III-V族氮化物局部P型掺杂极其困难，这使得在III-V族氮化物中获得高效稳定的P型结构颇具挑战。为了在III-V族氮化物中实现在特定区域范围耗尽N型半导体，形成具有较高电阻率的耗尽层的目的，需要在保证实验室和工业生产的条件下可行性较高的基础之上，寻找一种新的解决方法。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本专利技术提出一种III-V族氮化物功率器件，根据本专利技术的实施例提出了一种III-V族氮化物功率器件，包括阳极、阴极和衬底，所述III-V族氮化物功率器件包括：缓冲层，位于衬底上方；半绝缘氮化镓层，位于所述缓冲层上方；第一N型氮化镓层，具有第一N型掺杂浓度，位于所述半绝缘氮化镓层上方；第二N型氮化镓层，位于所述第一N型氮化镓层上方，具有第二N型掺杂浓度，所述第二N型掺杂浓度小于第一N型掺杂浓度；以及至少一层空间电荷层，位于所述第二N型氮化镓层内，所述至少一层空间电荷层包括类P型区和空间电荷窗口，其中所述类P型区中引入电负性离子，所述空间电荷窗口位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口具有第三N型掺杂浓度。根据本专利技术又一实施例提出了一种III-V族氮化物功率器件的制作方法，所述III-V族氮化物功率器件包括阳极、阴极和衬底，所述制作方法包括：在衬底上生长一层缓冲层；在缓冲层上生长半绝缘氮化镓层；在半绝缘氮化镓层上生长第一N型氮化镓层，所述第一N型氮化镓层具有第一N型掺杂浓度；在第一N型氮化镓层上生长第二N型氮化镓层，所述第二N型氮化镓层具有第二N型掺杂浓度，所述第二N型掺杂浓度小于所述第一N型掺杂浓度；以及通过离子注入形成至少一层空间电荷层，所述至少一层空间电荷层包括类P型区和空间电荷窗口，其中所述类P型区中引入电负性离子，所述空间电荷窗口位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口具有第三N型掺杂浓度。所述III-V族氮化物功率器件及其制造方法将目前III-V族氮化物实现局部P型掺杂极其困难的现状转化为一种实现较为简单且易于实现的负离子等效P型区域的制造，大大降低了工艺难度，并且可以有效改善在III-V族氮化物器件中对高效稳定局部P型结构的需求，使得器件的阻断能力和可靠性得到较为明显的改善和提升，通过该结构还可以在指定的区域形成具有较高电阻率的耗尽层，从而实现降低漏电流大小等作用，增加器件的关断能力。附图说明图1-1为根据本专利技术一实施例的氮化镓二极管100-1的截面图；图1-2为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管100-2的截面图；图2-1为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管200-1的截面图；图2-2为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管200-2的截面图；图3-1为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管300-1的截面图；图3-2为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管300-2的截面图；图4-1为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管400-1的截面图；图4-2为根据本专利技术又一实施例的氮化镓二极管400-1的截面图；图5为根据本专利技术实施例的制作氮化镓二极管的流程图500。具体实施方式下面将结合附图详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了便于对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本专利技术所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本专利技术，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。本专利技术所述的III-V族氮化物功率器件包括但不限于肖特基二极管、PiN二极管、结势垒肖特基器件(JBS)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOSFET、TMOSFET)、电流孔径垂直电子晶体管(CAVET)、沟道MOS势垒肖特基(TMBS)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、鳍式场效应晶体管(FinFET)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、门极可关断晶闸管(GTO)。图1-1为根据本专利技术实施例的氮化镓二极管100-1的截面图。如图1所示实施例中，所述氮化镓肖特基二极管100-1包括阳极10、阴极11、衬底1、缓冲层2、半绝缘氮化镓层3、N+氮化镓层4、第一N-氮化镓层5、空间电荷层101、第二N-氮化镓层8和P型氮化镓层9。所述N+型氮化镓层4具有第一N型掺杂浓度，位于所述半绝缘氮化镓层3上方；所述第一N-氮化镓层5位于所述N+型氮化镓层4上方，具有第二N型掺杂浓度，所述第二N型掺杂浓度小于所述第一N型掺杂浓度；所述空间电荷层101包括空间电荷窗口6和类P型区7，所述空间电荷层101位于所述第一N-氮化镓层5内，所述类P型区7中引入电负性离子，所述空间电荷窗口6位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口6具有第三N型掺杂浓度；所述第二N-氮化镓层8位于所述空间电荷层101上方，具有第四N型掺杂浓度，所述第一N型掺杂浓度、第二N型掺杂浓度、第三N型掺杂浓度和第四N型掺杂浓度可以相同，也可以不同，在一个实施例中，所述第三N型掺杂浓度设置为小于第二N型掺杂浓度或者第四N型掺杂浓度，在其它实施例中，所述第三N型掺杂浓度设置为等于第二N型掺杂浓度或者第四N型掺杂浓度；所述P型氮化镓层9位于所述阳极10下方，在其它实施例结构中，所述氮化镓肖特基二极管100也可以不包括所述P型氮化镓层9。所述衬底1可以为氮化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III-V族氮化物功率器件，包括阳极、阴极和衬底，所述III-V族氮化物功率器件包括：/n缓冲层，位于衬底上方；/n半绝缘氮化镓层，位于所述缓冲层上方；/n第一N型氮化镓层，具有第一N型掺杂浓度，位于所述半绝缘氮化镓层上方；/n第二N型氮化镓层，位于所述第一N型氮化镓层上方，具有第二N型掺杂浓度，所述第二N型掺杂浓度小于第一N型掺杂浓度；以及/n至少一层空间电荷层，位于所述第二N型氮化镓层内，所述至少一层空间电荷层包括类P型区和空间电荷窗口，其中所述类P型区中引入电负性离子，所述空间电荷窗口位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口具有第三N型掺杂浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种III-V族氮化物功率器件，包括阳极、阴极和衬底，所述III-V族氮化物功率器件包括：
缓冲层，位于衬底上方；
半绝缘氮化镓层，位于所述缓冲层上方；
第一N型氮化镓层，具有第一N型掺杂浓度，位于所述半绝缘氮化镓层上方；
第二N型氮化镓层，位于所述第一N型氮化镓层上方，具有第二N型掺杂浓度，所述第二N型掺杂浓度小于第一N型掺杂浓度；以及
至少一层空间电荷层，位于所述第二N型氮化镓层内，所述至少一层空间电荷层包括类P型区和空间电荷窗口，其中所述类P型区中引入电负性离子，所述空间电荷窗口位于相邻的两个类P型区之间，所述空间电荷窗口具有第三N型掺杂浓度。


2.如权利要求1所述的III-V族氮化物功率器件，还包括P型氮化镓层，位于所述第二N型氮化镓层和所述阳极之间，所述至少一层空间电荷层位于所述P型氮化镓层正下方。


3.如权利要求1所述的III-V族氮化物功率器件，其中所述第二N型氮化镓层包括：第三N型氮化镓层和第四N型氮化镓层，所述第三N型氮化镓层和第四N型氮化镓层之间包括第一空间电荷层。


4.如权利要求3所述的III-V族氮化物功率器件，其中所述第二N型氮化镓层还包括：第五N型氮化镓层，所述第四N型氮化镓层和第五N型氮化镓层之间包括第二空间电荷层，所述第二空间电荷层内的类P型区个数大于或等于2。


5.如权利要求1所述的III-V族氮化物功率器件，所述第三N型掺杂浓度等于所述第二N型掺杂浓度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨树，刘宇鑫，盛况，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33