一种双终端氮化镓基二极管及其制备方法

本发明涉及半导体，尤其涉及到一种双终端氮化镓基二极管及其制备方法。

背景技术：

1、氮化镓属于第三代半导体材料之一，具有高的击穿电场、高的饱和电子迁移率、较高的热导率等性能，是一种宽禁带半导体材料。因此，在氮化镓衬底上制备的电力电子器件被广泛应用于能源、航空航天、交通运输等诸多领域，在制备高频和高压大功率器件方面有较大优势。氮化镓基肖特基二极管属于氮化镓功率器件的一种，目前报道的gansbd相较于传统硅基sbd在击穿电压、开启电压、反向漏电等方面有很大提升，但距离gan材料3.4mv/cm的临界击穿电场的理论极限还有一定距离，因此在器件的击穿电压、反向漏电等方面还有很大提升空间。

2、为了提升gan基sbd的反向性能，目前一般采用设置p-gan帽层的方式改善峰值电场的分布，将峰值电场移出肖特基边缘，进而提升器件击穿电压、减小反向漏电。但是，p-gan的存在会使其下方的二维电子气会因为部分耗尽导致迁移率降低，二维电子气浓度降低，进而带来基肖特基二极管的导通电阻增加，正向工作时的性能较差的问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中的设置p-gan帽层的肖特基二极管虽然击穿电压较高、反向漏电较小，但随之产生的导通电阻较高，正向工作性能较差的问题。

2、为此，根据第一方面，本发明提供了一种双终端氮化镓基二极管，包括：

3、衬底以及依次设置于衬底上的缓冲层、沟道层和势垒层；沟道层和势垒层之间形成二维电子气；

4、p-gan双终端层，设置于势垒层上的除阴极位置区域和阳极位置区域以外的区域；p-gan双终端层包括分别设置于第一区域和第二区域的第一终端和第二终端，第一区域为p-gan双终端层的靠近阳极位置区域的端部中的部分区域，第二区域为p-gan双终端层上除第一区域以外的其他区域；第二终端为对第二区域的p-gan材料进行等离子体处理后得到；

5、阴电极，设置于势垒层上的阴极位置区域；

6、阳电极，设置于势垒层上的阳极位置区域，并与第一终端和第二终端均电接触。

7、在可选的实施方式中，第一终端为两个或者两个以上，两个或者两个以上的第一终端沿p-gan双终端层靠近阳极位置区域的端部间隔设置。

8、在可选的实施方式中，阳电极还延伸于p-gan双终端层上，且阳电极延伸于p-gan双终端层上的部分的长度小于第一终端的长度。

9、在可选的实施方式中，双终端氮化镓基二极管还包括：

10、钝化层，设置于p-gan双终端层上。

11、根据第二方面，本发明还提供了一种双终端氮化镓基二极管的制备方法，包括如下步骤：

12、依次在衬底上生长缓冲层、沟道层、势垒层和p-gan帽层；沟道层和势垒层之间形成二维电子气；

13、刻蚀去除势垒层上的阴极位置区域和阳极位置区域的p-gan帽层，形成初始终端层；初始终端层的靠近阳极位置区域的端部中的部分区域为第一区域，初始终端层上除第一区域以外的其他区域为第二区域；

14、对初始终端层的第二区域进行等离子体处理，形成p-gan双终端层；p-gan双终端层上被等离子体处理后的区域形成第二终端，除第二终端以外的区域形成第一终端；

15、在势垒层上的阴极位置区域形成阴电极；

16、在势垒层上的阳极位置区域形成阳电极，阳电极与第一终端和第二终端均电接触。

17、在可选的实施方式中，第一终端为两个或者两个以上，两个或者两个以上的第一终端沿p-gan双终端层的靠近阳极位置区域的端部间隔设置。

18、在可选的实施方式中，阳电极还延伸于p-gan双终端层上，且阳电极延伸于p-gan双终端层上的部分的长度小于第一终端的长度。

19、在可选的实施方式中，双终端氮化镓基二极管的制备方法还包括如下步骤：

20、在p-gan双终端层上生长钝化层。

21、本发明提供的技术方案，具有如下优点：

22、本发明提供的双终端氮化镓基二极管，通过对p-gan双终端层中的第二区域进行等离子体处理，使该区域内的p-gan转变为高阻gan，进而形成第二终端，并保留p-gan双终端层的靠近阳极位置区域的端部中的部分区域未进行等离子体处理，形成第一终端，最终使得该双终端氮化镓基二极管的等效模型为第一终端对应的第一肖特基二极管与第二终端对应的第二肖特基二极管并联工作；而由于经过等离子体处理后的第二区域下方的二维电子气通道会重新建立，因此当该双终端氮化镓基二极管正向工作时，会率先通过第二肖特基二极管实现器件的提前开启，继续增加正向电压后，第一肖特基二极管会开启，第一肖特基二极管和第二肖特基二极管共同工作，从而能够提高该双终端氮化镓基二极管的电流密度，降低其开启电压；当该双终端氮化镓基二极管反向工作时，第一终端能够将峰值电场从p-gan双终端层与阳电极接触的侧壁移出，均匀峰值电场的分布，同时，第二终端能够使电势分布会更加均匀，进一步优化电场分布，从而能够减小该双终端氮化镓基二极管的反向漏电，提高其击穿电压。

技术特征：

1.一种双终端氮化镓基二极管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双终端氮化镓基二极管，其特征在于，所述第一终端为两个或者两个以上，两个或者两个以上的所述第一终端沿所述p-gan双终端层靠近所述阳极位置区域的端部间隔设置。

3.根据权利要求1或2所述的双终端氮化镓基二极管，其特征在于，所述阳电极还延伸于所述p-gan双终端层上，且所述阳电极延伸于所述p-gan双终端层上的部分的宽度小于所述第一终端的宽度。

4.根据权利要求3所述的双终端氮化镓基二极管，其特征在于，还包括：

5.一种双终端氮化镓基二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的双终端氮化镓基二极管的制备方法，其特征在于，所述第一终端为两个或者两个以上，两个或者两个以上的所述第一终端沿所述p-gan双终端层的靠近所述阳极位置区域的端部间隔设置。

7.根据权利要求5或6所述的双终端氮化镓基二极管的制备方法，其特征在于，所述阳电极还延伸于所述p-gan双终端层上，且所述阳电极延伸于所述p-gan双终端层上的部分的宽度小于所述第一终端的宽度。

8.根据权利要求7所述的双终端氮化镓基二极管的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种双终端氮化镓基二极管及其制备方法，其中的器件包括：衬底以及设置于衬底上的缓冲层、沟道层和势垒层；P‑GaN双终端层，设置于势垒层上除阴极位置区域和阳极位置区域以外区域；P‑GaN双终端层包括分别设置于第一区域和第二区域的第一终端和第二终端，第一区域为P‑GaN双终端层靠近阳极位置区域的端部中的部分区域，第二区域为除第一区域以外的区域；第二终端为对第二区域的P‑GaN材料进行等离子体处理后得到；阴电极，设置于势垒层上的阴极位置区域；阳电极，设置于势垒层上的阳极位置区域，并与第一终端和第二终端均电接触。本发明中的器件，正向工作时电流密度较高、开启电压较低，反向工作时漏电电流较小、击穿电压较高。

技术研发人员：黄永,王亦飞,王东,宁静,陈兴,万坤,杨旭豪
受保护的技术使用者：西安电子科技大学芜湖研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15