本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，特別涉及一種抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、寬禁帶gan半導(dǎo)體由于具有強擊穿電場、高電子遷移率和高原子閾值位移能等優(yōu)越電學(xué)和輻照性能，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)硅材料，滿足航天電力系統(tǒng)應(yīng)用的理想半導(dǎo)體材料，可用于制作高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻、低開關(guān)損耗等特性的功率半導(dǎo)體器件。隨著航天電力系統(tǒng)對小型化、低損耗、高可靠性、耐輻照功率器件的需求愈發(fā)強烈，而整流二極管在電力系統(tǒng)中起著傳遞能量的關(guān)鍵作用，氮化鎵整流二極管憑借優(yōu)異的性能成為當(dāng)前的研究熱點，在手機快充、5g通訊、智能電車等電力系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、在相關(guān)技術(shù)中，現(xiàn)有的gan整流器件中主要采用pin結(jié)構(gòu)和sbd結(jié)構(gòu)交錯排布的jbs結(jié)構(gòu)。工作在正向偏壓時，主要依靠sbd結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較低的開啟電壓，依靠pin結(jié)構(gòu)的大注入效應(yīng)提供穩(wěn)定可靠的正向電流；工作在反向偏壓時，主要依靠pin耗盡區(qū)夾斷實現(xiàn)高耐壓。但在空間輻照下，gan整流器工作在較高的反向偏壓下，器件容易發(fā)生單粒子效應(yīng)，會在器件內(nèi)部瞬時產(chǎn)生大量的電子-空穴對。此時器件陰極歐姆接觸金屬層處于較高的正電壓下，其會吸引單粒子效應(yīng)產(chǎn)生的電子并順勢隨電流排出器件外，而位于陽極歐姆接觸金屬層一側(cè)的p型耗盡層區(qū)域會阻止單粒子效應(yīng)產(chǎn)生的空穴排出器件，導(dǎo)致空穴在陽極附近積累，進而發(fā)生輻照損傷甚至單粒子燒毀，降低器件工作壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件及其制備方法。能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)gan整流器因器件在輻照下因結(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致的空穴在陽極附近積累，產(chǎn)生輻照損傷甚至單粒子燒毀而影響器件正常工作的技術(shù)問題。所述技術(shù)方案如下：

2、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，包括自下而上設(shè)置的背面陰極金屬層、n+氮化鎵襯底層和n-氮化鎵漂移層，所述n-氮化鎵漂移層上自中心向外開設(shè)有多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)生長有p+氧化鎳層且相互導(dǎo)通，所述n-氮化鎵漂移層上方設(shè)有肖特基接觸金屬層，所述p+氧化鎳層上方設(shè)置有歐姆接觸金屬層，所述p+氧化鎳層和所述n-氮化鎵漂移層的鄰近處、所述肖特基接觸金屬層上方以及所述歐姆接觸金屬層上方設(shè)置有絕緣鈍化層，所述絕緣鈍化層上開設(shè)有與所述肖特基接觸金屬層連通的第一接觸通孔以及與所述歐姆接觸金屬層連通的第二接觸通孔，所述絕緣鈍化層上方生長有相互隔離的正面第一陽極金屬層和正面第二陽極金屬層，所述正面第一陽極金屬層通過所述第一接觸通孔與所述肖特基接觸金屬層連接，所述正面第二陽極金屬層通過所述第二接觸通孔與所述歐姆接觸金屬層連接。

3、可選地，所述環(huán)形槽結(jié)構(gòu)為圍繞所述n-氮化鎵漂移層的中心設(shè)置的正方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

4、可選地，所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)邊長和外邊長由內(nèi)向外等差布置。

5、可選地，所述n-氮化鎵漂移層上設(shè)置有貫通所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通溝道，所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述p+氧化鎳層通過所述導(dǎo)通溝道導(dǎo)通。

6、可選地，所述導(dǎo)通溝道圍繞所述n-氮化鎵漂移層的中心間隔設(shè)置有多個。

7、可選地，所述導(dǎo)通溝道的深度與所述p+氧化鎳層的厚度相同，所述導(dǎo)通溝道的寬度為10μm。

8、可選地，所述第一接觸通孔的輪廓形狀與所述肖特基接觸金屬層的輪廓形狀相同。

9、可選地，所述第二接觸通孔的輪廓形狀與位于最外圈的所述環(huán)形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)所述p+氧化鎳層上方的所述歐姆接觸金屬層的輪廓形狀相同。

10、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種制備方法，用于制作前述第一方面所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，包括：

11、步驟1：外延片淀積生長所述背面陰極金屬層、所述n+氮化鎵襯底層和所述n-氮化鎵漂移層，刻蝕去除部分所述n-氮化鎵漂移層以形成所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，并在所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)中淀積生長所述p+氧化鎳層，并在所述p+氧化鎳層和所述n-氮化鎵漂移層的鄰近處生長所述絕緣鈍化層；

12、步驟2：在所述n-氮化鎵漂移層上淀積所述肖特基接觸金屬層，在所述p+氧化鎳層上方淀積所述歐姆接觸金屬層；

13、步驟3：在所述肖特基接觸金屬層、所述歐姆接觸金屬層上方再淀積一層所述絕緣鈍化層，在所述肖特基接觸金屬層上方對應(yīng)的區(qū)域刻蝕出第一接觸通孔，在所述歐姆接觸金屬層上方對應(yīng)的區(qū)域刻蝕出第二接觸通孔，并在所述第一接觸通孔和所述第二接觸通孔中淀積接觸金屬；

14、步驟4：在所述第一接觸通孔上方淀積所述正面第一陽極金屬層，在所述第二接觸通孔上方淀積所述正面第二陽極金屬層，并在所述正面第一陽極金屬層和所述正面第二陽極金屬層之間再淀積一層所述絕緣鈍化層實現(xiàn)電氣隔絕。

15、可選地于，所述步驟1還包括，在所述n-氮化鎵漂移層上刻蝕出沿橫向貫通所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通溝道，以使所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述p+氧化鎳層導(dǎo)通。

16、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

17、采用本發(fā)明實施例所提供的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其與相關(guān)技術(shù)的傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)中單陽極的配置結(jié)構(gòu)相比，通過將p+氧化鎳層和n-氮化鎵漂移層按照環(huán)狀間隔分布，擴大了p+氧化鎳層的整體分布面積，也就是整流器件中pn結(jié)接觸面積，既有利于增加器件的抗輻照能力又能保持較好的正向電導(dǎo)調(diào)制能力。同時在器件處于較高的反向電壓偏置和單粒子輻照環(huán)境下，對應(yīng)著n-氮化鎵漂移層上方肖特基接觸金屬層的正面第一陽極金屬層正常設(shè)置0v，可以給對應(yīng)著p+氧化鎳層的歐姆接觸金屬層的正面第二陽極金屬層單獨施加負(fù)電壓，這種情況下單粒子效應(yīng)產(chǎn)生的空穴會被正面第二陽極金屬層的負(fù)電壓吸引能夠更快速地耗散至器件外部，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)gan整流器因器件在輻照下因結(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致的空穴在陽極附近積累，產(chǎn)生輻照損傷甚至單粒子燒毀而影響器件正常工作的技術(shù)問題。

技術(shù)特征：

1.一種抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，包括自下而上設(shè)置的背面陰極金屬層（1）、n+氮化鎵襯底層（2）和n-氮化鎵漂移層（3），所述n-氮化鎵漂移層（3）上自中心向外開設(shè)有多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31），所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）內(nèi)生長有p+氧化鎳層（4）且相互導(dǎo)通，所述n-氮化鎵漂移層（3）上方設(shè)有肖特基接觸金屬層（5），所述p+氧化鎳層（4）上方設(shè)置有歐姆接觸金屬層（6），所述p+氧化鎳層（4）和所述n-氮化鎵漂移層（3）的鄰近處、所述肖特基接觸金屬層（5）上方以及所述歐姆接觸金屬層（6）上方設(shè)置有絕緣鈍化層（7），所述絕緣鈍化層（7）上開設(shè)有與所述肖特基接觸金屬層（5）連通的第一接觸通孔（71）以及與所述歐姆接觸金屬層（6）連通的第二接觸通孔（72），所述絕緣鈍化層（7）上方生長有相互隔離的正面第一陽極金屬層（8）和正面第二陽極金屬層（9），所述正面第一陽極金屬層（8）通過所述第一接觸通孔（71）與所述肖特基接觸金屬層（5）連接，所述正面第二陽極金屬層（9）通過所述第二接觸通孔（72）與所述歐姆接觸金屬層（6）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）為圍繞所述n-氮化鎵漂移層（3）的中心設(shè)置的正方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）的內(nèi)邊長和外邊長由內(nèi)向外等差布置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述n-氮化鎵漂移層（3）上設(shè)置有貫通所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）的導(dǎo)通溝道（32），所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）內(nèi)的所述p+氧化鎳層（4）通過所述導(dǎo)通溝道（32）導(dǎo)通。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述導(dǎo)通溝道（32）圍繞所述n-氮化鎵漂移層（3）的中心間隔設(shè)置有多個。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述導(dǎo)通溝道（32）的深度與所述p+氧化鎳層（4）的厚度相同，所述導(dǎo)通溝道（32）的寬度為10μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述第一接觸通孔（71）的輪廓形狀與所述肖特基接觸金屬層（5）的輪廓形狀相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，所述第二接觸通孔（72）的輪廓形狀與位于最外圈的所述環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）內(nèi)所述p+氧化鎳層（4）上方的所述歐姆接觸金屬層（6）的輪廓形狀相同。

9.一種制備方法，用于制作如權(quán)利要求1至8任一項所述的抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的gan整流器件，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1還包括，在所述n-氮化鎵漂移層（3）上刻蝕出沿橫向貫通所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）的導(dǎo)通溝道（32），以使所述多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)（31）內(nèi)的所述p+氧化鎳層（4）導(dǎo)通。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種抗單粒子燒毀輻照效應(yīng)的GaN整流器件及其制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該GaN整流器件包括背面陰極金屬層、n+氮化鎵襯底層和n?氮化鎵漂移層，n?氮化鎵漂移層上開設(shè)有多個環(huán)形槽結(jié)構(gòu)且內(nèi)部生長有p+氧化鎳層，n?氮化鎵漂移層上方設(shè)有肖特基接觸金屬層，p+氧化鎳層上方設(shè)置有歐姆接觸金屬層并設(shè)置絕緣鈍化層進行隔離。絕緣鈍化層上開設(shè)有第一接觸通孔和第二接觸通孔，上方生長有相互隔離的正面第一陽極金屬層和正面第二陽極金屬層，分別通過第一接觸通孔和第二接觸通孔與肖特基接觸金屬層和歐姆接觸金屬層連接。能夠解決現(xiàn)有GaN整流器因空穴在陽極附近積累，產(chǎn)生輻照損傷甚至單粒子燒毀的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：周峰,錢俊帆,陸海,徐尉宗,周東,任芳芳
受保護的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23