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氮化物二极管器件结构及其制备方法实质审查 发明

具体技术细节

[0005] 针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种氮化物二极管器件结构及其制备方法。
[0006] 为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
[0007] 第一方面,本发明提供一种氮化物二极管器件结构,其包括沿指定方向依次层叠设置的基底、图形结构层以及半导体结构层;
[0008] 所述图形结构层包括沿所述指定方向依次设置的阵列层、掺杂层以及覆盖层;
[0009] 所述阵列层包括独立分布于所述基底朝向所述半导体结构层的一面的多个图形化凸起结构,所述掺杂层至少设置于所述图形化凸起结构的朝向所述图形化凸起结构的顶面,所述覆盖层连续覆盖所述掺杂层以及处于多个所述图形化凸起结构之间的部分区域,并具有多个纳米级孔洞结构;
[0010] 所述图形化凸起结构的材质包括第一元素的氧化物,所述覆盖层的材质包括所述第一元素的氮化物,所述掺杂层的材质包括所述第一元素的氮化物被第二元素掺杂所形成的掺杂材料。
[0011] 第二方面,本发明还提供一种氮化物二极管器件结构的制备方法,其包括:
[0012] 提供基底;
[0013] 在所述基底的表面形成图形化阵列设置的多个独立的图形化凸起结构,构成阵列层,所述图形化凸起结构的材质包括第一元素的氧化物;
[0014] 至少在所述图形化凸起结构的顶面覆设掺杂层,所述掺杂层的材质包括第一元素的氮化物被第二元素掺杂形成的材料;
[0015] 在所述掺杂层和多个所述图形化凸起结构之间的部分区域覆设覆盖层,所述覆盖层的材质包括第一元素的氮化物,所述阵列层、掺杂层以及覆盖层构成图形结构层;
[0016] 在所述图形结构层表面覆设半导体结构层,构成氮化物二极管器件结构。
[0017] 基于上述技术方案,与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括:
[0018] 本发明采用阵列层、掺杂层和覆盖层多层复合的图形结构层,阵列化的多个图形化凸起结构提高了氮化物材料的侧向外延能力,阻断了基底的位错向上延伸,提高了氮化物材料的晶体质量;覆盖层利用了自身具有纳米孔状薄膜结构加强了相邻的图形化凸起结构之间的外延层的侧向外延能力,使得外延层在纳米孔上方合并过程中的位错得到转向,进一步提高了氮化物材料的晶体质量;
[0019] 覆盖层在工艺制备过程中会比较倾向于表面悬挂键为中心成键,这样可以屏蔽衬底表层附近的悬挂键带电中心,降低衬底表层附近之间的漏电通道。
[0020] 而两层中间的掺杂层则利用了掺杂缺陷控制提高了阵列层和覆盖层的界面电荷捕获能力,改善界面特性,降低了界面电荷移动,从而极大地降低了漏电通道的形成最终改善了半导体外延片的漏电性能。
[0021] 由此,在阵列层、掺杂层和覆盖层的综合作用下,使得氮化物二极管器件结构的外延质量和漏电性能均得以显著改善。
[0022] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

法律保护范围

涉及权利要求数量14:其中独权2项,从权-2项

1.一种氮化物二极管器件结构,其特征在于,包括沿指定方向依次层叠设置的基底、图形结构层以及半导体结构层;
所述图形结构层包括沿所述指定方向依次设置的阵列层、掺杂层以及覆盖层;
所述阵列层包括独立分布于所述基底朝向所述半导体结构层的一面的多个图形化凸起结构,所述掺杂层至少设置于所述图形化凸起结构的朝向所述图形化凸起结构的顶面,所述覆盖层连续覆盖所述掺杂层以及处于多个所述图形化凸起结构之间的部分区域,并具有多个纳米级孔洞结构;
所述图形化凸起结构的材质包括第一元素的氧化物,所述覆盖层的材质包括所述第一元素的氮化物,所述掺杂层的材质包括所述第一元素的氮化物被第二元素掺杂所形成的掺杂材料。
2.根据权利要求1所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述第二元素的掺杂提高了所述图形结构层的电荷捕获能力和/或对所述图形结构层产生了钝化作用;
所述第一元素包括Si。
3.根据权利要求1所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述氮化物二极管器件结构为氮化物二极管器件;
所述掺杂层仅覆盖所述图形化凸起结构的顶面,所述覆盖层与所述图形化凸起结构的侧壁直接接触;
或,所述掺杂层连续覆盖所述图形化凸起结构的顶面和侧面以及多个所述图形化凸起结构之间的基底表面,且所述覆盖层与所述图形化凸起结构和基底之间均由所述掺杂层所隔离。
4.根据权利要求3所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述图形化凸起结构包括第一凸起结构和第二凸起结构,所述第一凸起结构的宽度和高度均小于所述第二凸起结构;
所述第一凸起结构设置于所述基底的中间部分,所述第二凸起结构临近所述基底的边缘设置。
5.根据权利要求4所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述第一凸起结构的宽度为0.5‑2μm,高度为0.1‑0.5μm,间距为0.1‑1μm;
和/或,所述第二凸起结构的宽度和高度均在所述第一凸起结构的宽度和高度的2倍以上。
6.根据权利要求1‑5中任意一项所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述覆盖层中的孔洞结构的尺寸为5‑150nm,孔隙率为60‑90%;
和/或,所述覆盖层的厚度为2‑50nm。
7.根据权利要求1所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述第二元素包括O、S、P、F、Cl中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求7所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述掺杂层包括周期性循环层叠的第一亚层和第二亚层;
所述第一亚层的掺杂元素为O、S、P中的任意一种或两种以上的组合,所述第二亚层的掺杂元素为F、Cl中的任意一种或两种的组合。
9.根据权利要求8所述的氮化物二极管器件结构,其特征在于,所述第一亚层和/或第二亚层的厚度为2‑5nm;
13 17 ‑2
和/或,所述第一亚层的面内掺杂浓度为5×10 ~5×10 cm ,所述第二亚层的面内掺
13 17 ‑2
杂浓度为1×10 ~1×10 cm ;
和/或,所述第一亚层和第二亚层的循环周期数为2‑5。
10.一种氮化物二极管器件结构的制备方法,其特征在于,包括:
提供基底;
在所述基底的表面形成图形化阵列设置的多个独立的图形化凸起结构,构成阵列层,所述图形化凸起结构的材质包括第一元素的氧化物;
至少在所述图形化凸起结构的顶面覆设掺杂层,所述掺杂层的材质包括第一元素的氮化物被第二元素掺杂所形成的材料;
在所述掺杂层和多个所述图形化凸起结构之间的部分区域覆设覆盖层,所述覆盖层的材质包括第一元素的氮化物,所述阵列层、掺杂层以及覆盖层构成图形结构层;
在所述图形结构层表面覆设半导体结构层,构成氮化物二极管器件结构。
11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述第二元素包括第一选定元素和第二选定元素,所述掺杂层的形成过程具体包括:
在第一工艺条件下气相外延生长第一薄层,所述第一薄层的材质包括所述第一元素的氮化物;
在第二工艺条件下对所述第一薄层的表面进行第一选定元素的掺杂外延生长,形成第一亚层;
在第三工艺条件下气相外延生长第二薄层,所述第二薄层的材质包括所述第一元素的氮化物;
在第四工艺条件下对所述第二薄层的表面进行第二选定元素的掺杂外延生长,形成第一亚层;
循环进行所述第一亚层和第二亚层的生长过程,形成所述掺杂层。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述第一工艺条件包括生长温度为
200‑1000℃,压力为100‑400torr;
和/或,所述第二工艺条件包括生长温度为200‑1000℃,压力为200‑500torr;
和/或,所述第三工艺条件包括生长温度为200‑1000℃,压力为100‑400torr;
和/或,所述第四工艺条件包括生长温度为200‑1000℃,压力为200‑500torr;
其中,所述第二工艺条件的生长压力高于所述第一工艺条件,所述第四工艺条件的生长压力高于所述第三工艺条件;
和/或,所述第一选定元素和/或第二选定元素的掺杂外延生长的时间为30‑60s。
13.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,还包括:在第五工艺条件下生长所述覆盖层;
所述第一工艺条件和第三工艺条件中,Si源流量为100~300sccm,N源流量为2~
20slm;所述第五工艺条件中,Si源流量为10~100sccm,N源流量为5~50slm。
14.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述第一选定元素包括O、S、P中的任意一种或两种以上的组合,所述第二选定元素包括F、Cl中的任意一种或两种的组合。

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