一種肖特基二極管及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在襯底層上方的一系列Ⅲ族氮化物層，利用異質結結構，使相鄰Ⅲ族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，Ⅲ族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，Ⅲ族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在金屬場板和最上層的Ⅲ族氮化物層之間的至少一個具有P型摻雜的Ⅲ族氮化物增強層。本發(fā)明專利技術提供的肖特基二極管能夠同時提高反向耐壓能力和正向導通能力。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種肖特基二極管及其制備方法，屬于半導體

技術介紹
二極管在功率電路中有著非常廣泛的應用，典型的功率電路期望的理想二極管應該包括以下特性第一、當器件處于反偏狀態(tài)時(陰極電壓遠高于陽極電壓)，二極管需要能夠承擔盡可能高的電壓，其耐壓大小取決于電路對器件的性能要求，在很多高壓功率切換應用中，需要二極管能夠承擔600V或1200V的反壓；第二、當器件處于正偏狀態(tài)時，又需要其正向導通電壓盡可能低，以此來減小導通損耗，即需要足夠低的正向導通電阻 ’第三、反偏時儲存在二極管中的電荷要盡可能低，以保證轉換過程中的低開關損耗。肖特基二極管是以金屬(金、銀、鋁、鉬等)為陽極，以N型半導體為陰極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。傳統(tǒng)硅功率半導體材料形成的肖特基二極管的反向耐壓能力和正向導通能力都不盡如人意。III - V族氮化物半導體材料以其相對于第一代硅功率半導體材料的更優(yōu)秀的導通和阻斷能力而成為半導體材料的優(yōu)秀代表，人們紛紛研究利用III - V族氮化物半導體材料來制作半導體器件。目前，使用異質結結構的氮化物半導體器件已經(jīng)廣為人知。現(xiàn)有技術中已經(jīng)出現(xiàn)了利用AlGaN/GaN異質結結構制造的肖特基二極管。 中國專利文獻CN101840938A公開了一種氮化鎵異質結肖特基二極管(見圖1)，包括一個襯底、一個形成在襯底上的GaN層、一個形成在GaN層之上的AlGaN層、一個形成在AlGaN層之上的金屬層以及一個形成在AlGaN層頂部表面且位于金屬層一個邊緣下方的高勢壘區(qū)，其中，GaN層和AlGaN層構成二極管的陰極區(qū)，金屬層作為二極管的陽極電極，高勢壘區(qū)的帶隙能量高于AlGaN層，或者高勢壘區(qū)的電阻率比AlGaN層更大。該專利文獻中公開的氮化鎵異質結肖特基二極管，在AlGaN層中，靠近肖特基金屬的頂部區(qū)域，通過離子注入等方式形成了高勢壘區(qū)114，即對所述AlGaN層進行了修改，所述高勢壘區(qū)114的材料的帶隙寬度比AlGaN半導體層的帶隙寬度還要寬，通過設定這樣的高電阻率的寬帶隙勢壘材料，可以對該位置的電場進行抑制，有效降低電場尖峰，從而優(yōu)化電場，提高耐壓。但是，該文獻中公開的氮化鎵異質結肖特基二極管仍然存在以下缺陷 第一、該文獻中公開的肖特基二極管，其高勢壘區(qū)114在AlGaN層的頂面向下凹陷形成，在實際的制備工藝中，需要先通過外延生長的方式形成GaN和AlGaN的異質結,然后需要在已經(jīng)成型的AlGaN的頂面定義一個向下凹陷的開口，用于注入具有較高帶隙能量的材料，從而形成高勢壘區(qū)114，在此過程中，由于需要事先定義開口(一般采用挖掉一部分AlGaN的辦法)，不但工藝復雜，而且在向開口注入較高帶隙能量的材料后，容易在兩者的接觸部位形成較多的缺陷，從而影響了肖特基二極管的最終耐壓能力的提升，進而對其反向耐壓能力的提升造成一定的限制； 第二、該文獻中公開的肖特基二極管，所述高勢壘區(qū)由AlGaN層組成，在所述AlGaN層中植入Mg、Cd、Zn、Ca、N、O、C或者一個二氧化硅層來對所述AlGaN層進行修改，從而形成高勢壘區(qū)，在此過程中，專利技術人在修改AlGaN層的過程中，只關注植入的元素層是否有助于形成高帶隙能量或者高電阻率的高勢壘區(qū)，而不關注其注入的元素是否助于改進該肖特基二極管的正向導通能力，實際上，根據(jù)上述記載，當其注入的元素為N、O、C甚至惰性氣體時，對于改進肖特基二極管的正向導通能力無法起到良好的作用，從而使該文獻中公開的肖特基二極管很難同時保證良好的耐壓和導通能力，進而影響其在功率器件集成化方面的應用。公開于Proc. of SPIE Vol. 7216 721606-7 中的名稱為 “Recent Advances ofHigh Voltage AlGaN/GaN Power HFETs”的外文文獻公開了一種設置在柵極下方的P-AlGaN層，而鑒于柵極電壓一般較低，很難突破PN結的內建電勢，從而無法將P-AlGaN中的空穴推出，從而對于正向導通能力的影響較小；更為重要的是，即使強制使柵極工作在足夠高的電壓之下，從而使柵極電壓高于PN結內建電勢，進而推出空穴，在持續(xù)的往下推空穴過程中，會形成柵極往下的電流，從而使柵極產(chǎn)生大的泄漏電流，進而產(chǎn)生安全隱患，因此，該文獻中公開的P-AlGaN層并不是為了達到對于正向導通能力提升的目的；同時，該文獻中柵極下方的P-AlGaN層，其本身處在反向耐壓時的一個電場尖峰下面，并且限定在柵極下方的 內部區(qū)域，從而無法起到抑制電場尖峰的目的，進而無法提高反向耐壓能力。實際上，根據(jù)該文獻在摘要部分第二段的記載，該文獻中設置P-AlGaN層是為了實現(xiàn)器件的常斷特性。因此，本領域技術人員很難從該文獻中得到利用P-AlGaN層來提高肖特基二極管正向導通能力和反向耐壓能力的技術啟示。綜上所述，現(xiàn)有技術中缺少一種能夠同時提高正向導通能力和反向耐壓能力的肖特基二極管。
技術實現(xiàn)思路
因此，本專利技術要解決的技術問題在于提供一種能夠同時提高正向導通能力和反向耐壓能力的肖特基二極管。為此，本專利技術提供一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述III族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述III族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和最上層的III族氮化物層之間的具有P型摻雜的III族氮化物增強層。所述III族氮化物層為GaN層和AlGaN層。最上層的所述III族氮化物層為AlGaN層。最上層的所述III族氮化物層為GaN層。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為P型摻雜的GaN層。所述P型摻雜的GaN層的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間。所述P型摻雜的GaN層在與最上層的所述III族氮化物層接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度不同，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。所述金屬場板具有與最上層的所述III族氮化物層接觸的部分和不與最上層的所述III族氮化物層接觸的向外延伸的部分，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層位于所述向外延伸的部分與最上層的所述III族氮化物層形成的填充間隙之間。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為圓環(huán)形。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分伸出所述填充間隙。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，且所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分嵌入所述金屬場板的所述向外延伸的部分內。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為階梯形，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為鋸齒形，且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大。 在所述金屬場板的所述接觸的部分和最上層的III族氮化物連接界面處設置絕緣材料形成的側壁。還包括設置本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列Ⅲ族氮化物層，相鄰所述Ⅲ族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述Ⅲ族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述Ⅲ族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；其特征在于：還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和最上層的Ⅲ族氮化物層之間的具有P型摻雜的Ⅲ族氮化物增強層。

【技術特征摘要】
1.一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述III族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述III族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸； 其特征在于 還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和最上層的III族氮化物層之間的具有P型摻雜的III族氮化物增強層。2.根據(jù)權利要求I所述的肖特基二極管，其特征在于所述III族氮化物層為GaN層和AlGaN 層。3.根據(jù)權利要求2所述的肖特基二極管，其特征在于最上層的所述III族氮化物層為AlGaN 層。4.根據(jù)權利要求2所述的肖特基二極管，其特征在于最上層的所述III族氮化物層為GaN 層。5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為P型摻雜的GaN層。6.根據(jù)權利要求5所述的肖特基二極管，其特征在于所述P型摻雜的GaN層的摻雜濃度位于lE13-lE20/cm3之間。7.根據(jù)權利要求6所述的肖特基二極管，其特征在于所述P型摻雜的GaN層在與最上層的所述III族氮化物層接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度不同，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的肖特基二極管，其特征在于所述金屬場板具有與最上層的所述III族氮化物層接觸的部分和不與最上層的所述III族氮化物層接觸的向外延伸的部分，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層位于所述向外延伸的部分與最上層的所述III族氮化物層形成的填充間隙之間。9.根據(jù)權利要求8所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為圓環(huán)形。10.根據(jù)權利要求9所述的肖特基二極管，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：謝剛，湯岑，盛況，郭清，汪濤，崔京京，
申請(專利權)人：蘇州英能電子科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：