隧道势垒肖特基制造技术

一种二极管包含：半导体衬底；阴极金属层，其接触所述衬底的底部；半导体漂移层，其在所述衬底上；递变氮化铝镓(AlGaN)半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙，所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面，所述势垒层具有从所述底表面到所述顶表面增大的铝成分；以及阳极金属层，其直接接触所述势垒层的所述顶表面。

Tunnel barrier Schottky

A diode consists of a semiconductor substrate, a cathode metal layer, which contacts the bottom of the substrate; the semiconductor drift layer, on the substrate, changes the barrier layer of the aluminum nitride gallium (AlGaN) semiconductor, which is on the drift layer and has a band gap larger than the drift layer, the barrier layer has a top surface and the drift. A bottom surface between the layer and the top surface has an aluminum composition that increases from the bottom surface to the top surface; and the anode metal layer is directly exposed to the top surface of the barrier layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隧道势垒肖特基关于联邦赞助的研究或开发的声明本专利技术是在政府支持下根据由能源部签署的第DE-AR0000450号合同进行的。政府享有本专利技术的某些权利。
本专利技术的实施例的方面涉及肖特基结构和结设计。
技术介绍
氮化镓(GaN)肖特基二极管中遇到的一个困难是降低反向漏电流。在使用例如镍(Ni)和铂(Pt)等具有在GaN上小于1电子伏(eV)的肖特基势垒高度的肖特基金属时，在将反向偏压施加到二极管时可能会产生显著的漏电流。使用p-n结替代肖特基结来形成二极管可克服此问题。举例来说，GaNp-n结具有约3eV的势垒高度。此大势垒可显著降低反向漏电流。然而，缺点为需要大于3伏特(V)的正向偏压来接通二极管以进行前向传导。大接通电压意味着不合需要的大传导功率损耗。由此，需要同时(例如，同步)实现低反向漏电流和低接通电压两者。
技术实现思路
本专利技术的实施例的方面是针对肖特基结构和结设计，例如具有新颖肖特基结设计的氮化镓(GaN)垂直肖特基二极管。举例来说，本专利技术的实施例可使用新颖肖特基势垒设计代替GaNp-n结用于建构垂直二极管。所述肖特基结可利用成分递变半导体层来在反向偏压下实现低泄漏，而在正向偏压下实现低接通电压。本专利技术的其它实施例是针对具有减小的反向漏电流而不显著增大前向接通电压的肖特基二极管。其它实施例是针对不仅减少泄漏而且减小接通电压的新势垒设计。根据本专利技术的实施例，提供一种二极管。所述二极管包含：半导体衬底；阴极金属层，其接触所述衬底的底部；半导体漂移层，其在所述衬底上；递变氮化铝镓(AlGaN)半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙，所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面，所述势垒层具有从所述底表面到所述顶表面增大的铝成分；以及阳极金属层，其直接接触所述势垒层的所述顶表面。所述势垒层的所述铝成分可从所述底表面到所述顶表面线性地递变。所述势垒层的所述铝成分可从在所述底表面处的约0％线性地增大到在所述顶表面处的约25％。所述势垒层可具有约5纳米(nm)的厚度。根据本专利技术的另一实施例，提供一种半导体结构。所述半导体结构包含：半导体衬底；半导体漂移层，其在所述衬底上；以及氮化物半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙。所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面。所述势垒层的成分递变，以使得所述势垒层的所述带隙从所述势垒层在所述底表面附近的一部分到所述势垒层在所述顶表面附近的一部分增大。所述势垒层可包含在所述势垒层的外围部分处的离子植入区和在所述势垒层的中心部分处的非离子植入区。所述结构可进一步包含阳极金属层，所述阳极金属层接触所述势垒层的顶表面，覆盖所述势垒层的所述中心部分处的所述非离子植入区，且与所述势垒层的所述外围部分处的所述离子植入区重叠。所述结构可进一步包含：阳极金属层，其接触所述势垒层的顶表面；以及阴极金属层，其接触所述衬底的底部。所述衬底和所述漂移层可包含III族氮化物半导体。所述势垒层可包含氮化铝镓(AlGaN)。所述势垒层中的铝成分可从所述底表面到所述顶表面增大。所述势垒层可具有介于2.5纳米(nm)与10nm之间的厚度。所述势垒层可接触所述漂移层。所述漂移层可包含多个半导体漂移层。所述多个半导体漂移层可包含在所述衬底上的第一漂移层和在所述第一漂移层上的第二漂移层，所述第一漂移层具有比所述第二层高的掺杂浓度。根据本专利技术的又一实施例，提供一种制造半导体结构的方法。所述方法包含：在半导体衬底上形成半导体漂移层；以及在所述漂移层上形成氮化物半导体势垒层。所述势垒层具有比所述漂移层大的带隙。所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面。所述形成所述势垒层可包含使所述势垒层的成分递变，以使得所述势垒层的所述带隙从所述势垒层在所述底表面附近的一部分到所述势垒层在所述顶表面附近的一部分增大。所述方法可进一步包含：在所述势垒层的外围部分处形成离子植入区，使非离子植入区处于所述势垒层的中心部分处；以及形成阳极金属层，所述阳极金属层接触所述势垒层的顶表面，覆盖所述势垒层的所述中心部分处的所述非离子植入区，且与所述势垒层的所述外围部分处的所述离子植入区重叠。所述方法可进一步包含：形成阳极金属层，所述阳极金属层接触所述势垒层的顶表面；以及形成阴极金属层，所述阴极金属层接触所述衬底的底部。所述势垒层可包含氮化铝镓(AlGaN)。所述形成所述势垒层可包含使所述势垒层的成分递变，以使得所述势垒层中的铝成分从所述势垒层在所述底表面附近的一部分到所述势垒层在所述顶表面附近的一部分增大。所述形成所述势垒层可包含形成接触所述漂移层的所述势垒层。所述方法可进一步包含在所述漂移层上形成第二半导体漂移层。所述第二半导体漂移层可具有比所述漂移层低的掺杂浓度。本专利技术的以上和其它实施例提供同时(例如，同步)减少反向漏电流和前向接通电压两者的隧道-势垒-肖特基(TBS)结构。举例来说，此类结构可适用于多种切换应用。此类肖特基势垒设计实现适合用于高效功率电子系统中的高电压和低损耗垂直二极管。这些系统对于使用电的实际上所有事物是重要的，例如飞机、雷达系统、汽车和消费型电子装置。附图说明附图与说明书一起说明本专利技术的实例实施例。这些附图与描述一起用来更好地描述本专利技术的方面和原理。图1为可比肖特基二极管的示意性横截面。图2为根据本专利技术的实施例的隧道-势垒肖特基(TBS)二极管的示意性横截面。图3为说明图1到2的二极管的仿真导带边缘图的曲线图。图4到7说明制造根据本专利技术的实施例的GaNTBS二极管的处理流程。图8为从电容-电压测量提取的图1到2的两个二极管的GaN漂移层中的电子浓度分布的曲线图。图9为比较图1到2的两个二极管的反向泄漏特性的曲线图。图10为比较图1到2的两个二极管的正向电流-电压特性的曲线图。图11为根据本专利技术的另一实施例的隧道-势垒肖特基(TBS)二极管的示意性横截面。具体实施方式提供以下描述以使得所属领域的一般技术人员能够制造和使用本专利技术的实施例，且将此类实施例并入到特定应用的上下文中。在不同应用在的各种修改以及多种用途对于所属领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文中所界定的通用原理可以应用于各种实施例。因此，本专利技术不希望限于所呈现的实施例，而应符合与本文中所公开的方面、原理和新颖特征相一致的最广泛范围。在以下详细描述中，阐述许多特定细节以便提供对本专利技术的实施例中的一些的更透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明白，可在无需必要限于这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其它情况下，以框图形式而非详细地示出众所周知的结构和装置，以便避免混淆本专利技术的各方面。读者的注意力是针对与本说明书同时递交的且是对公众检查本说明书开放的所有文章和文档，且所有此类文章和文档的内容以引用的方式并入本文中。除非另外明确说明，否则本说明书(包括任何随附权利要求书、摘要及附图)中所公开的所有特征可由合于相同、等效或类似目的的替代特征替换。因此，除非另外明确说明，否则所公开的各特征仅为一系列通用的等效或类似特征的一个实例。类似地，除非相反地指示，否则一个实施例的特征可并入到其它实施例中，而不脱离本专利技术的精神和范围。另外，权利要求书中未明确地说明“用于执行特定功能的构件”或“用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管，其包括：半导体衬底；阴极金属层，其接触所述衬底的底部；半导体漂移层，其在所述衬底上；递变氮化铝镓(AlGaN)半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙，所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面，所述势垒层具有从所述底表面到所述顶表面逐渐增大的铝成分；以及阳极金属层，其直接接触所述势垒层的所述顶表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.11 US 62/203,749;2016.04.07 US 15/093,7101.一种二极管，其包括：半导体衬底；阴极金属层，其接触所述衬底的底部；半导体漂移层，其在所述衬底上；递变氮化铝镓(AlGaN)半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙，所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面，所述势垒层具有从所述底表面到所述顶表面逐渐增大的铝成分；以及阳极金属层，其直接接触所述势垒层的所述顶表面。2.根据权利要求1所述的二极管，其中所述势垒层的所述铝成分从所述底表面到所述顶表面线性地递变。3.根据权利要求2所述的二极管，其中所述势垒层的所述铝成分从在所述底表面处的约0％线性地增大到在所述顶表面处的约25％。4.根据权利要求1所述的二极管，其中所述势垒层具有约5纳米(nm)的厚度。5.一种半导体结构，其包括：半导体衬底；半导体漂移层，其在所述衬底上；以及氮化物半导体势垒层，其在所述漂移层上且具有比所述漂移层大的带隙，所述势垒层具有顶表面和在所述漂移层与所述顶表面之间的底表面，其中所述势垒层的成分递变，以使得所述势垒层的所述带隙从所述势垒层的在所述底表面附近的一部分到所述势垒层的在所述顶表面附近的一部分增大。6.根据权利要求5所述的结构，其中所述势垒层包括在所述势垒层的外围部分处的离子植入区和在所述势垒层的中心部分处的非离子植入区，且所述结构进一步包括阳极金属层，所述阳极金属层接触所述势垒层的顶表面，覆盖所述势垒层的所述中心部分处的所述非离子植入区，且与所述势垒层的所述外围部分处的所述离子植入区重叠。7.根据权利要求5所述的结构，其进一步包括：阳极金属层，其接触所述势垒层的顶表面；以及阴极金属层，其接触所述衬底的底部。8.根据权利要求5所述的结构，其中所述衬底和所述漂移层包括III族氮化物半导体。9.根据权利要求5所述的结构，其中所述势垒层包括氮化铝镓(AlGaN)，且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚荣明，曹宇，李子健，亚当·J·威廉斯，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US