本发明专利技术提供了一种半导体器件，诸如肖特基二极管，其包括衬底、设置在所述衬底上方的第一有源层和设置在所述第一有源层上的第二有源层。所述第二有源层的带隙比所述第一有源层高，使得在所述第一有源层与所述第二有源层之间产生二维电子气层。第一电极具有设置在所述第二有源层中的凹槽内的第一部分和设置在所述第二有源层上的第二部分，使得与之形成肖特基结。第二电极接触所述第一有源层。所述第二电极与所述第一有源层建立欧姆结。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
肖特基二极管是通过金属接触半导体层形成的半导体器件。金属与半导体层之间的接合处形成整流结，与完全形成在半导体层中的p-n结二极管相比，其具有得到改善的二极管开关能力。因此，与P-n 二极管相比，肖特基二极管具有较低的接通电压和较快速的开关速度。对于开关损耗是能量消耗的主要来源的应用(诸如在开关模式电源(SMPS)中)来说，肖特基二极管是理想之选。由氮化物基化合物半导体材料制成的电子器件是已知的。此类电子器件也被已知为由III族氮化物基材料形成的III族氮化物半导体器件。氮化物基化合物半导体器件的优势在于具有较宽的带隙和较高的击穿电压特性，这使其适于高电压高温度应用。具体地讲，已经描述了具有高击穿电压和低导通电阻的II1-V族氮化镓(GaN)化合物半导体肖特基二极管。可通过使用III族氮化物半导体肖特基势皇二极管来改善开关模式电源的效率。III族氮化物基半导体器件能够在两种不同III族氮化物(诸如AlGaN和GaN)的异质界面处形成二维电子气来最大化电子迀移率。据信，二维电子气可补偿由III族氮化物晶体结构的非理想性质引起的应变诱生压电极化电荷和自发极化电荷。二维电子气在异质结的能带弯曲区中受到量子限制，在该处较窄带隙III族氮化物(例如，GaN)接合较大带隙III族氮化物(例如，AlGaN)。因此，在类肖特基二极管中，电子将沿着阳极电极与阴极电极之间的受限通道流动。电荷密度由诸如Al组分、AlGaN层厚度和固有晶体极性等异质结构参数确定。在III族氮化物功率器件中，电荷密度将响应于所施加的栅极电压，并且可根据能带隙的变化而被局部移除。因此，III族氮化物功率器件的开关速度可以非常迅速。图1示出GaN基肖特基二极管的例子。二极管100包括衬底10、形成在衬底上的GaN层30和形成在GaN层30上的AlGaN层40。阳极60和阴极70充当器件的电触点。阳极60形成在AlGaN层40上并且与之建立肖特基界面。阴极70形成在GaN层30上并且与之建立欧姆接触。肖特基二极管(诸如图1所示的器件)的一个问题是其经常具有高正向电压降。发生这个问题是因为传导电流必须行进穿过由AlGaN层上的肖特基接触建立的相对较大的势皇。例如，由AlxGaN层上的Ni/Au金属形成的肖特基接触的势皇为约1.leV，而高电压硅基肖特基二极管的势皇为约0.7eV，这导致出现显著较低的正向电压降。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种半导体器件，其包括衬底、设置在衬底上方的第一有源层和设置在第一有源层上的第二有源层。第二有源层的带隙比第一有源层高，使得在第一有源层与第二有源层之间产生二维电子气层。第一电极具有设置在第二有源层中的凹槽中的第一部分和设置在第二有源层上的第二部分，使得与第二有源层形成肖特基结。第二电极接触第一有源层。第二电极与第一有源层建立欧姆结。根据本专利技术的另一个方面，提供一种形成半导体器件的方法。该方法包括在衬底上形成第一有源层并且在第一有源层上方形成第二有源层。第二有源层的带隙比第一有源层高，使得在第一有源层与第二有源层之间产生二维电子气层。在第二有源层上形成第一电极，使得与第二有源层形成肖特基结。第一电极具有与二维气体接触的第一部分和设置在第二有源层上的第二部分。在第一有源层上形成第二电极，以与第一有源层形成欧姆结。【附图说明】图1不出GaN基肖特基二极管的例子。图2示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管和具有完全凹陷阳极的肖特基二极管的正向电流电压(ι-v)曲线的模拟。图3示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管和完全凹陷肖特基二极管的反向I_V曲线的模拟。图4示出采用部分凹陷阳极的肖特基二极管的一个实施例。图5示出采用具有以阶梯方式凹陷的构型的部分凹陷阳极的肖特基二极管的可供选择的实施例。图6示出采用具有“T形”构型的部分凹陷阳极的肖特基二极管的另一个可供选择的实施例。图7示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管、完全凹陷肖特基二极管和图4所示类型的部分凹陷肖特基二极管的正向1-V曲线的模拟。图8示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管、完全凹陷肖特基二极管和图4所示类型的部分凹陷肖特基二极管的反向ι-v曲线的模拟。图9是示出用于形成半导体器件的方法的一个例子的流程图。【具体实施方式】已经发现的是，可通过减小由AlGaN层上的肖特基接触建立的相对较大势皇来减小GaN基肖特基二极管的相对较高电压降。这可通过使用凹陷阳极来实现，其中通过移除AlGaN层来直接在GaN层上形成凹陷阳极。以此方式使阳极凹陷，载流子可通过热离子发射从二维通道直接行进到阳极而不行进跨越AlGaN势皇，从而通过减小势皇来增大电流。由于势皇被减小，所以器件的正向电压降被减小。遗憾的是，如下文表明，完全移除AlGaN层还会导致阻断电压降低。如下文详述，通过使用部分凹陷的肖特基阳极来减小氮化镓基肖特基二极管的正向电压降，同时增大其反向阻断电压。阳极的凹陷部分减小了肖特基接触的势皇，从而减小器件的正向电压降。当向器件施加反向偏压时，阳极的未凹陷部分在其正下方产生电荷耗尽区，从而阻断二维电子气的流动，这改善了器件的反向阻断能力。图2示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管和具有完全凹陷阳极的肖特基二极管(出于简洁起见，在本文中将称为完全凹陷肖特基二极管)的正向电流电压(ι-v)曲线的模拟。在附图的角落中放大了电压起始点。在两种情况下，AlGaN层为25nm厚，其中Al组分为25 %，GaN层为0.5微米厚的外延层，并且二维电荷密度在AlGan/GaN界面处为8 X 10_12cm_2。如图所示，对于完全凹陷肖特基二极管，不仅接通电压减小了约0.lev，而且导通电阻也被减小。图3示出常规AlGaN/GaN肖特基二极管和完全凹陷肖特基二极管的反向I_V曲线的模拟。如图所示，当向器件施加反向偏压时，完全凹陷肖特基二极管相对于常规肖特基二极管来说具有减小的击穿电压和较大的泄漏电流。概括地说，图2和图3合在一起表明，虽然完全凹陷阳极可有利地减小接通电压，但遗憾的是，由于AlGaN层的厚度的减小，其还减小了器件的击穿电压。为了克服这个问题，提供一种肖特基二极管，其采用部分凹陷阳极，其中阳极的一部分位于AlGaN层的表面上，并且阳极的另一部分凹陷在AlGaN内并直接暴露到在AlGaN/GaN界面处产生的二维气体。阳极的凹陷部分有利地减小器件的接通电压。另外，在反向偏压下，位于AlGaN层的表面上的阳极的部分将耗尽AlGaN层位于其正下方的部分，从而阻断二维通道并且因此维持增大的击穿电压。图4示出采用部分凹陷阳极的肖特基二极管200的一个实施例。二极管200可由许多不同材料体系制成。为了易于描述和理解，二极管200被示出为单个器件，但二极管通常在晶圆级制作并且接着分成单独器件。在一些情况下，可从单个晶圆级工艺制作数以千计的器件。使用III族氮化物基材料体系制作二极管200。III族氮化物包括在氮与元素周期表的III族中的元素(通常是铝(Al)、镓(Ga)和铟(In))之间形成的半导体化合物。这个群组还包括三元和三级化合物，诸如AlGaN和AlInGaN。为了进行示意性的说明，下文所述的二极管由GaN和AlGaN形成，但也可采用其他III本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：衬底；第一有源层，所述第一有源层设置在所述衬底上方；第二有源层，所述第二有源层设置在所述第一有源层上，所述第二有源层的带隙比所述第一有源层高，使得在所述第一有源层与所述第二有源层之间产生二维电子气层；第一电极，所述第一电极具有设置在所述第二有源层中的凹槽中的第一部分和设置在所述第二有源层上的第二部分，使得与所述第二有源层形成肖特基结；以及第二电极，所述第二电极与所述第一有源层接触，所述第二电极与所述第一有源层建立欧姆结。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：林意茵，
申请(专利权)人：威世通用半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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