一种氮化镓基肖特基势垒整流器制造技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓基肖特基势垒整流器，所述氮化镓基肖特基势垒整流器包括：连通层；位于所述连通层一侧的漂移层；位于所述漂移层一侧与连通层对侧并且经过表面刻蚀后沉积形成的金属氧化物沟槽；位于所述漂移层一侧与连通层对侧表面上的阳极金属；以及位于所述连通层一侧与漂移层对侧的阴极金属。本发明专利技术的整流器使用了异质结形成的极化电荷，可以容易地调制其密度分布；极化电荷电离产生的载流子在低温下不会被冻结，可以使器件工作在较低温下。本发明专利技术的整流器使用了金属氧化物沟槽设计，增加了器件的耐压；通过对深度方向的空间电荷密度的调制，使极化电荷沿深度方向梯度分布，改善了电场在漂移层中的分布，进一步增加了器件的耐压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，具体而言，涉及一种氮化镓基肖特基势垒整流器。
技术介绍
随着高铁、电动车技术的发展与普及，对更高性能的电力电子器件的需求不断提高。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，由于其高击穿场强高、良好的导热性等特点，使用宽禁带半导体材料制备的电力电子器件可以工作在更高的电压、更高的温度下，这使得宽禁带半导体材料成为了电力电子器件领域的研究热点。半导体材料常使用离子注入工艺，在选定的区域内引入杂质粒子，这些杂质粒子具有浅能级，在常温时即可电离产生载流子，用这种方法来调制半导体材料不同区域的电阻。此外，这些掺杂区的载流子在电场下耗尽后，剩余的电离杂质产生的空间电荷区可以产生和电场方向相反方向的内建电场，作为承受电压的机构来耗尽电场。对于氮化镓材料，这种浅能级杂质离子的注入工艺存在两个问题：一个问题是注入产生的大量晶格损伤需要极高的退火温度，而这样的高温又会使氮化镓表面性质发生退化，影响器件的性能；另一个问题是对氮化镓材料注入后退火的离子激活率很低，无法有效地通过注入工艺得到需要的掺杂浓度。这两个技术问题限制了浅能级注入工艺在氮化镓器件设计中的应用。为了解决氮化镓材料浅能级掺杂工艺的难题，本专利技术使用了一种新的技术方案来代替浅能级注入掺杂工艺，可以避免高温退火带来的技术问题。在AlGaN/GaN异质结结构中，如果AlGaN中的铝组分在某一区域内连续变化，其极化电荷分布在整个铝组分变化的区域内，进而可以在AlGaN/GaN异质结结构区域内产生类似于二维电子气的体电子分布。本专利技术利用了相似的技术手段，利用变铝组分的AlGaN/GaN异质结结构产生极化电荷，取代一般的掺杂引入的浅能级电荷。极化电荷与浅能级掺杂引入的杂质电荷相似，可以调制半导体材料的电阻率，也可以在电场下作为空间电荷承受电压。然而，与浅能级掺杂引入的载流子相比，极化电荷引入的电子处于导带，不需要额外的激活能，所以在极低的温度下也不会有载流子冻结效应，使整流器可以工作在较低的温度下。此外，由于整流器的电场最强位置一般在表面肖特基势垒处，故反向耐压时，容易因为肖特基势垒击穿导致器件失效。本专利技术的整流器使用了金属氧化物沟槽设计，将反向承受电压时漂移层中电场最强的位置由肖特基势垒处移动到了沟槽底面处，因此本专利技术整流器的肖特基势垒可以承受更高的电压，进而增大了本专利技术整流器整体的耐压水平。进一步地，引入金属氧化物沟槽后，沟槽底面电场最强的位置会因为金属氧化物沟槽中氧化物的耐压极限而限制耐压水平，本专利技术利用了变铝组分的AlGaN/GaN异质结结构产生的极化电荷的浓度易于调制的优点，通过一个二次函数调制了AlGaN/GaN异质结结构中的铝组分，使产生的极化电荷延深度方向逐渐升高。这个设计的引入，可以使漂移层内电场的分布变得很平滑，没有明显的尖峰，使金属氧化物沟槽中氧化物的耐压极限不再成为限制器件耐压水平的条件，因而可以进一步地增加整流器的反向耐压水平。因此，本专利技术的实施例提供一种氮化镓基肖特基势垒整流器，利用空间极化电荷区作为漂移层，使用了金属氧化物沟槽的设计结构，并且调制了异质结结构中的铝组分，与同类整流器产品相比，具有反向耐高压、工作温度低的优点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种氮化镓基肖特基势垒整流器，可以解决上述问题。本专利技术提供的技术方案如下：一种氮化镓基肖特基势垒整流器，包括：连通层；位于所述连通层一侧的漂移层，该漂移层为单层或多层复合结构，其中的一层或多层材料的组分沿深度方向按预设调制函数改变，所述漂移层与所述连通层形成异质结结构，使所述漂移层内产生极化电荷；在所述漂移层远离所述连通层一侧表面刻蚀后沉积形成的金属氧化物沟槽；位于所述漂移层远离所述连通层一侧的阳极金属；以及位于所述连通层远离所述漂移层一侧的阴极金属。优选地，所述漂移层中的一层或多层，其材料为铝镓氮、铟镓氮或任意可与所述连通层形成异质结机构的类似物，材料的铝组分或其他某组分的数值沿深度方向依照预设调制函数变化，变化范围在0至1之间。优选地，所述连通层为单层或多层复合结构，其中一层或多层为氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、氮化铝或任意可与所述漂移层形成异质结结构的类似物。优选地，所述连通层包括衬底、缓冲层和通道层，所述氮化镓基肖特基势垒整流器还包括：从所述阳极金属的表面刻蚀至所述衬底的阴极沟槽，所述阴极沟槽内沉积有用于将所述氮化镓层和衬底电连通的金属连线层和沉积在所述金属连线层上用于隔离所述金属连线层与漂移层的隔离填充层。优选地，所述连通层包括衬底和外延层，所述漂移层包括与所述外延层接触以形成异质结结构的电荷层和位于所述电荷层和阳极金属之间以优化晶体表面形貌的帽层。优选地，所述金属氧化物沟槽的厚度小于所述漂移层的厚度，所述金属氧化物沟槽与所述漂移层之间沉积有氧化物垫层，所述氧化物垫层内沉积有填充金属层。优选地，所述漂移层的厚度为100nm-100μm。优选地，所述漂移层的掺杂浓度为1010cm-3至1023cm-3。优选地，所述连通层的厚度为1μm-1cm。优选地，所述连通层的掺杂浓度为1010cm-3至1023cm-3。本专利技术提出的一种肖特基氮化镓势垒整流器，与现有技术相比，本专利技术具有的优势在于：1、本专利技术使用氮化镓材料进行器件设计，尤其是通过渐变铝镓氮材料延深度方向的铝组分，在铝镓氮材料内部产生了极化电荷区，代替了传统的利用浅能级掺杂的方法产生的杂质电荷区。本专利技术利用极化电荷电离产生的载流子导电，不许要激活能，故可以工作在较低的温度下。2、本专利技术使用金属氧化物沟槽设计，将反向承受电压时漂移层中电场最强的位置由肖特基势垒处移动到了沟槽底面处，增强了整流器的耐压；尤其是通过沿深度方向调制AlGaN/GaN异质结中的铝组分，使极化产生的电荷沿深度方向梯度分布，使电场在漂移层中的分布变得平滑，进一步增强了整流器的耐压水平。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的实施例一所提供的氮化镓基肖特基势垒整流器的结构示意图。图2为本专利技术的实施例一所提供的氮化镓基肖特基势垒整流器的漂移层中铝组分的分布示意图。图3为本专利技术的实施例所提供的氮化镓基肖特基势垒整流器的能带结构示意图。图4为本专利技术的实施例二所提供的另一种氮化镓基肖特基势垒整流器的结构示意图。图5为本专利技术的实施例二所提供的另一种氮化镓基肖特基势垒整流器的结构示意图。图标：10，20，30-氮化镓基肖特基势垒整流器；100-连通层；101，104-衬底；102-缓冲层；103-通道层；105-外延层；200-漂移层；201-电荷层；202-帽层；300-金属氧化物沟槽；301-氧化物垫层；302-填充金属层；400-阳极金属；500-阴极金属；600-阴极沟槽；601-金属连线层；602-隔离填充层。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例中附图，对本专利技术的实施例中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基肖特基势垒整流器，其特征在于，包括：连通层；位于所述连通层一侧的漂移层，该漂移层为单层或多层复合结构，其中的一层或多层材料的组分沿深度方向按预设调制函数改变，所述漂移层与所述连通层形成异质结结构，使所述漂移层内产生极化电荷；在所述漂移层远离所述连通层一侧表面刻蚀后沉积形成的金属氧化物沟槽；位于所述漂移层远离所述连通层一侧的阳极金属；以及位于所述连通层远离所述漂移层一侧的阴极金属。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基肖特基势垒整流器，其特征在于，包括：连通层；位于所述连通层一侧的漂移层，该漂移层为单层或多层复合结构，其中的一层或多层材料的组分沿深度方向按预设调制函数改变，所述漂移层与所述连通层形成异质结结构，使所述漂移层内产生极化电荷；在所述漂移层远离所述连通层一侧表面刻蚀后沉积形成的金属氧化物沟槽；位于所述漂移层远离所述连通层一侧的阳极金属；以及位于所述连通层远离所述漂移层一侧的阴极金属。2.根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基势垒整流器，其特征在于，所述漂移层中的一层或多层，其材料为铝镓氮、铟镓氮或任意可与所述连通层形成异质结机构的类似物，材料的铝组分或其他某组分的数值沿深度方向依照预设调制函数变化，变化范围在0至1之间。3.根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基势垒整流器，其特征在于，所述连通层为单层或多层复合结构，其中一层或多层为氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、氮化铝或任意可与所述漂移层形成异质结结构的类似物。4.根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基势垒整流器，其特征在于，所述连通层包括衬底、缓冲层和通道层，所述氮化镓基肖特基势垒整流器还包括：从所述阳极金属的表面刻蚀至所述衬底的阴极沟槽，所述阴极沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴轶，刘强，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32