一种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GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底层，位于所述衬底层上的缓冲层，位于所述缓冲层上的沟道层；复合势垒层，位于所述沟道层上；阴极，位于所述复合势垒层表面的一端；复合阳极，位于所述复合势垒层表面的另一端；本征GaN帽层，与所述复合阳极相连且位于所述复合势垒层上；基极，与所述复合阳极相连且位于所述部分本征GaN帽层上。本发明专利技术提出的GaN基肖特基势垒二极管在提高器件击穿电压的同时减小了器件的开启电压，从而缓解了器件击穿电压与开启电压之间的矛盾，使得二者同时具有较高的性能指标，改善了器件的击穿特性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN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GaN基肖特基势垒二极管。
技术介绍
随着微电子技术的发展，第一代Si半导体功率器件和第二代GaAs半导体功率器件的性能已接近其材料本身决定的理论极限。进一步减少半导体功率器件的芯片面积、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(SchottkyBarrierDiode，SBD)是替代Si基肖特基势垒二极管的理想器件。然而，目前GaN基SBD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SBD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SBD器件的耐压特性。第一种是通过场板结构来提高GaN基SBD器件的耐压特性，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SBD器件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。第二种是通过保护环结构来提高GaN基SBD器件的耐压特性，保护环结构也是目前GaN基SBD器件(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，现有技术在提高传统GaN基SBD器件的耐压特性的同时会影响器件的其他性能，并且在传统GaN基SBD器件中，肖特基接触势垒会同时影响器件的正向开启电压及反向耐压，使得二者很难同时实现较高的性能指标。
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GaN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GaN基肖特基势垒二极管，包括：衬底层，位于所述衬底层上的缓冲层，位于所述缓冲层上的沟道层；复合势垒层，位于所述沟道层上；阴极，位于所述复合势垒层表面的一端；复合阳极，位于所述复合势垒层表面的另一端；本征GaN帽层，与所述复合阳极的侧面相接触且位于所述复合势垒层上；基极，与所述复合阳极的一侧相接触且位于所述部分本征GaN帽层上。在本专利技术的一个实施例中，所述复合势垒层包括第一势垒层和第二势垒层，其中，所述第一势垒层包括第一势垒子层和第二势垒子层，所述第一势垒子层和所述第二势垒子层分别位于所述沟道层表面的两端，所述第二势垒层位于所述第一势垒子层和所述第二势垒子层之间。在本专利技术的一个实施例中，所述第一势垒层材料包括AlxGa1-xN，其中x范围为0.2～0.3。在本专利技术的一个实施例中，所述第二势垒层材料包括AlxGa1-xN，其中x范围为0.05～0.2。在本专利技术的一个实施例中，所述复合阳极包括欧姆接触和肖特基接触，其中，所述欧姆接触位于所述第一势垒层上，所述肖特基接触覆盖于所述欧姆接触和所述第一势垒子层上。在本专利技术的一个实施例中，所述阴极位于所述第一势垒层上。在本专利技术的一个实施例中，所述本征GaN帽层的长度小于等于所述阴极与复合阳极之间距离的一半。在本专利技术的一个实施例中，所述基极的长度小于等于所述本征GaN帽层的长度。在本专利技术的一个实施例中，还包括，覆盖在所述复合势垒层、所述本征GaN帽层、所述复合阳极、所述阴极和所述基极上的钝化层。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SBD器件在提高器件击穿电压的同时减小了器件的开启电压，从而缓解了器件击穿电压与开启电压之间的矛盾，使得二者同时具有较高的性能指标，改善了器件的击穿特性和可靠性。2、本专利技术引入复合势垒层、本征GaN帽层和基极，复合势垒层中第一势垒层、第二势垒层与沟道层之间形成的二维电子气(twodimensionalelectrongas,2DEG)浓度不同，有利于横向扩展耗尽区；本征GaN帽层与沟道处的2DEG形成RESURF(ReducedSURfaceField,降低表面电场)效应，可以有效降低复合阳极边缘处的高电场峰；基极可以横向扩展耗尽区，有效降低复合阳极边缘的高电场峰；复合势垒层、本征GaN帽层和基极的共同作用使耗尽区横向扩展并完全耗尽，在本征GaN帽层右侧末端、基极末端和阴极边缘处分别引入一个新的电场尖峰，使器件表面电场分布更加均匀，从而提高器件的击穿电压。3、本专利技术采用阳极欧姆接触与阳极肖特基接触共同组成复合阳极，复合阳极将场控2DEG沟道开关原理引入GaN基SBD器件中，代替传统GaN基SBD器件利用肖特基来控制开关的导通机制，使得器件开启电压得以降低。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种GaN基SBD器件的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的凹槽结构示意图；图3为实施例一提供的GaN基SBD器件的尺寸示意图；图4为现有技术提供的一种传统GaN基SBD器件的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的GaN基SBD器件及传统GaN基SBD器件的转移特性比较图；图6为本专利技术实施例提供的GaN基SBD器件及传统GaN基SBD器件击穿时的电场分布比较图。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GaN基SBD器件的结构示意图，包括：衬底层101；位于衬底层101上的缓冲层102；位于缓冲层102上的沟道层103；位于沟道层103上的复合势垒层，其中，第一势垒层包括第一势垒子层1041和第二势垒子层1042，第一势垒子层1041和第二势垒子层1042分别位于沟道层103表面的两端，第二势垒层105位于第一势垒子层1041和第二势垒子层1042之间；第二势垒层105的制备过程为：刻蚀第一势垒层至沟道层103，形成第一势垒子层1041和第二势垒子层1042，然后在第一势垒子层1041和第二势垒子层1042之间淀积材料形成第二势垒层105，形成的第二势垒层105与第一势垒层的厚度相同。位于复合势垒层表面一端的阴极107和位于复合势垒层表面另一端的复合阳极；复合阳极包括欧姆接触108和肖特基接触110，其中，欧姆接触108位于第一势垒子层1041上，肖特基接触110覆盖于欧姆接触108和具有凹槽结构的第一势垒子层1041上，肖特基接触110的制备过程为：在阴极107和欧姆接触108制备完成后，在欧姆接触108内侧刻蚀第一势垒子层，形成凹槽结构1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底层(101)，位于所述衬底层(101)上的缓冲层(102)，位于所述缓冲层(102)上的沟道层(103)，其特征在于，还包括：复合势垒层，位于所述沟道层(103)上；阴极(107)，位于所述复合势垒层表面的一端；复合阳极，位于所述复合势垒层表面的另一端；本征GaN帽层(106)，与所述复合阳极的侧面相接触且位于所述复合势垒层上；基极(111)，与所述复合阳极的侧面相接触且位于所述部分本征GaN帽层(106)上。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底层(101)，位于所述衬底层(101)上的缓冲层(102)，位于所述缓冲层(102)上的沟道层(103)，其特征在于，还包括：复合势垒层，位于所述沟道层(103)上；阴极(107)，位于所述复合势垒层表面的一端；复合阳极，位于所述复合势垒层表面的另一端；本征GaN帽层(106)，与所述复合阳极的侧面相接触且位于所述复合势垒层上；基极(111)，与所述复合阳极的侧面相接触且位于所述部分本征GaN帽层(106)上。2.如权利要求1所述的一种GaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，所述复合势垒层包括第一势垒层和第二势垒层(105)，其中，所述第一势垒层包括第一势垒子层(1041)和第二势垒子层(1042)，所述第一势垒子层(1041)和所述第二势垒子层(1042)分别位于所述沟道层(103)表面的两端，所述第二势垒层(105)位于所述第一势垒子层(1041)和所述第二势垒子层(1042)之间。3.如权利要求2所述的一种GaN基肖特基势垒二极管，其特征在于，所述第一势垒层材料包括AlxGa1-xN，其中x范围为0.2～0.3。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，马晓华，白丹丹，逯锦文，
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