基于场板和P型AlGaN帽层的RESURF GaN基肖特基势垒二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURF GaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，包括：衬底层，所述衬底层上的缓冲层，所述缓冲层上的沟道层，所述沟道层上的势垒层，所述势垒层两端的阴极和复合阳极，与所述复合阳极相连且位于所述势垒层上的P型AlGaN帽层，与所述复合阳极相连且位于所述P型AlGaN帽层上的基极，覆盖在所述势垒层、所述P型AlGaN帽层、所述基极、所述复合阳极、所述阴极上的钝化层，其中，所述阴极为阴极欧姆接触，所述复合阳极包括阳极欧姆接触和阳极肖特基接触。本发明专利技术实施例引入P型AlGaN帽层和基极，并采用复合阳极，制备出具有低正向开启电压、高反向击穿电压的GaN基肖特基势垒二极管。

RESURF GaN based Schottky barrier diodes based on field plate and P AlGaN cap layer

The invention relates to a RESURF GaN-based Schottky barrier diode based on a field plate and a P-type AlGaN cap layer, which is characterized in that it comprises a substrate layer, a buffer layer on the substrate layer, a channel layer on the buffer layer, a barrier layer on the channel layer, a cathode at both ends of the barrier layer and a composite anode, and a composite anode. A P-type AlGaN cap layer connected to the electrode and located on the barrier layer, a base electrode connected to the composite anode and located on the P-type AlGaN cap layer, covers the barrier layer, the P-type AlGaN cap layer, the base electrode, the composite anode, and a passivation layer on the cathode, wherein the cathode is a cathode ohmic contact, and the cathode is ohmic contact. The composite anode includes anode ohmic contact and anode Schottky contact. The embodiment of the invention introduces a P-type AlGaN cap layer and a base electrode, and adopts a composite anode to prepare a GaN-based Schottky barrier diode with low forward switching voltage and high reverse breakdown voltage.

【技术实现步骤摘要】
基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管
本专利技术属于半导体领域，具体涉及一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管。
技术介绍
随着微电子技术的发展，传统第一代Si半导体和第二代GaAs半导体功率器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。进一步减少芯片面积、提高工作频率、降低导通电阻、提高击穿电压等性能成为了国内外研究的焦点。而以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料近年来在制备高性能功率器件方面脱颖而出，应用潜力巨大。GaN基肖特基势垒二极管是替代Si基肖特基势垒二极管的理想器件。然而，目前GaN基肖特基势垒二极管器件从理论到工艺技术都存在很多不足，其性能远未达到应有的水平。因此，GaN基肖特基势垒二极管器件还有很大的开发潜力。为了充分利用GaN材料的高临界击穿电场等优异特性，现有技术提出了以下两种方法来提高GaN基肖特基势垒二极管的耐压特性。场板技术是一种传统的用来改善器件耐压的常用终端技术。GaN基肖特基势垒二极管中场板的基本结构是通过淀积、光刻以及刻蚀的方法，在肖特基金属电极外围制备一层介质薄膜，将肖特基电极适当延伸到介质的上方，从而在电极外围形成一圈金属-绝缘层-半导体结构。场板结构通过改变阳极(肖特基电极)边缘耗尽层边界的弯曲程度，从而改变耗尽层中的电场分布，降低峰值电场强度，来提高器件的击穿电压。然而场板的引入会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性。保护环结构也是目前GaN基肖特基势垒二极管(特别是垂直结构的器件)中普遍采用的结构之一。这种工艺首先采用局部氧化的办法，在肖特基接触的边缘形成一层氧化层，然后在此基础上扩散或者离子注入形成一层P型保护环结构。保护环结构可有效调制器件表面电场，使器件横向电场分布更加均匀，从而提高器件的击穿电压。但是保护环结构的实现依赖于在半导体材料中进行精确可控的局部掺杂，一般要通过热扩散或者离子注入技术来实现。对于GaN材料，P型杂质(如Mg)在GaN中的扩散系数非常低，以致无法用热扩散的方法实现准确的局部掺杂；而离子注入技术尚未成熟，其导致的晶格损伤很难用退火的方法来消除。综上所述，在传统的GaN基肖特基势垒二极管中，肖特基接触势垒会影响器件的正向开启电压及反向耐压，且很难同时满足二者实现较高的性能指标，这使得器件在设计及工作时，正向损耗及耐压能力之间存在折衷。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，包括：衬底层，所述衬底层上的缓冲层，所述缓冲层上的沟道层，所述沟道层上的势垒层，所述势垒层两端的阴极和复合阳极，与所述复合阳极相连且位于所述势垒层上的P型AlGaN帽层，与所述复合阳极相连且位于所述P型AlGaN帽层上的基极，覆盖在所述势垒层、所述P型AlGaN帽层、所述基极、所述复合阳极、所述阴极上的钝化层，其中，所述阴极为阴极欧姆接触，所述复合阳极包括阳极欧姆接触和阳极肖特基接触。在本专利技术的一个实施例中，所述P型AlGaN帽层的长度不超过所述阴极欧姆接触与所述复合阳极之间距离的一半。在本专利技术的一个实施例中，所述P型AlGaN帽层的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1020cm-3。在本专利技术的一个实施例中，所述基极的长度不超过所述P型AlGaN帽层的长度。在本专利技术的一个实施例中，所述阳极肖特基接触为凹槽结构。在本专利技术的一个实施例中，所述衬底层包括蓝宝石、Si、SiC、AlN、GaN、AlGaN中的一种或多种。在本专利技术的一个实施例中，所述缓冲层、所述沟道层、所述势垒层均包括GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN中的一种或多种。在本专利技术的一个实施例中，所述钝化层包括SiNx、Al2O3、AlN、Y2O3、La2O3、Ta2O5、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或多种。在本专利技术的一个实施例中，所述阴极欧姆接触和所述阳极欧姆接触的电极材料均为金属合金材料。在本专利技术的一个实施例中，所述阳极肖特基接触电极材料为功函数范围为4.6eV-6eV的金属合金材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术的GaN基肖特基势垒二极管在高压功率电路中拥有优秀的瞬态特性，可以实现高速开关，并降低反向泄露电流；2.本专利技术采用的半导体材料GaN具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度高且化学性能稳定、耐温高、抗辐射等优点，制备出的器件性能高；3.本专利技术的P型AlGaN帽层的制备方法有多种，易于获得P型AlGaN帽层；4.通过引入P型AlGaN帽层和基极，P型AlGaN帽层与沟道处2DEG形成RESURF效应，降低阳极边缘高峰电场并横向扩展器件耗尽区；同时，在P型AlGaN帽层右侧末端和基极末端分别引入一个新的电场尖峰，使得器件表面电场分布更加均匀，从而提高器件的击穿电压；5.本专利技术的P型AlGaN帽层的长度不超过阴极欧姆接触与复合阳极之间距离的一半，能在提高击穿电压的同时保证大的正向电流密度，符合功率器件的要求；6.本专利技术的阳极欧姆接触与阳极肖特基接触组成复合阳极结构，复合阳极结构将场控二维电子气(twodimensionalelectrongas,2DEG)沟道开关原理引入GaN基肖特基势垒二极管中，代替传统GaN基肖特基势垒二极管利用肖特基来控制开关的导通机制，使得开启电压得以降低；7.本专利技术的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管的制备工艺与传统工艺兼容，为GaN功率集成技术奠定了良好基础。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管的结构示意图；图2a-图2j为本专利技术实施例提供的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管制备方法示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管及传统GaN基肖特基势垒二极管击穿时的电场分布与电压值对比图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管及传统GaN基肖特基势垒二极管的转移特性对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，包括：衬底层201，所述衬底层201上的缓冲层202，所述缓冲层202上的沟道层203，所述沟道层203上的势垒层204，所述势垒层204两端的阴极和复合阳极，与所述复合阳极相连且位于所述势垒层204上的P型AlGaN帽层206，与所述复合阳极相连且位于所述P型AlGaN帽层206上的基极211，覆盖在所述势垒层204、所述P型AlGaN帽层206、所述基极211、所述复合阳极、所述阴极上的钝化层212，其中，所述阴极为阴极欧姆接触207，所述复合阳极包括阳极欧姆接触208和阳极肖特基接触210。本专利技术的P型AlGaN帽层和势垒层形成PN结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURF GaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，包括：衬底层(201)，所述衬底层(201)上的缓冲层(202)，所述缓冲层(202)上的沟道层(203)，所述沟道层(203)上的势垒层(204)，所述势垒层(204)两端的阴极和复合阳极，与所述复合阳极相连且位于所述势垒层(204)上的P型AlGaN帽层(206)，与所述复合阳极相连且位于所述P型AlGaN帽层(206)上的基极(211)，覆盖在所述势垒层(204)、所述P型AlGaN帽层(206)、所述基极(211)、所述复合阳极、所述阴极上的钝化层(212)，其中，所述阴极为阴极欧姆接触(207)，所述复合阳极包括阳极欧姆接触(208)和阳极肖特基接触(210)。

【技术特征摘要】
1.一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，包括：衬底层(201)，所述衬底层(201)上的缓冲层(202)，所述缓冲层(202)上的沟道层(203)，所述沟道层(203)上的势垒层(204)，所述势垒层(204)两端的阴极和复合阳极，与所述复合阳极相连且位于所述势垒层(204)上的P型AlGaN帽层(206)，与所述复合阳极相连且位于所述P型AlGaN帽层(206)上的基极(211)，覆盖在所述势垒层(204)、所述P型AlGaN帽层(206)、所述基极(211)、所述复合阳极、所述阴极上的钝化层(212)，其中，所述阴极为阴极欧姆接触(207)，所述复合阳极包括阳极欧姆接触(208)和阳极肖特基接触(210)。2.如权利要求1所述的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，所述P型AlGaN帽层(206)的长度不超过所述阴极欧姆接触(207)与所述复合阳极之间距离的一半。3.如权利要求1所述的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，所述P型AlGaN帽层(206)的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1020cm-3。4.如权利要求1所述的一种基于场板和P型AlGaN帽层的RESURFGaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，所述基极(211)的长度不超过所述P型AlGaN帽层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，白丹丹，马晓华，吉鹏，王士辉，李纲，董帅，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61