一种基于场板和复合势垒层的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复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底、位于衬底上的缓冲层和位于缓冲层上的沟道层；位于沟道层上的复合势垒层，包括第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层；位于第一势垒层上的阴极；位于第二势垒层上的复合阳极，包括阳极欧姆接触和阳极肖特基接触；位于第三势垒层上的P型GaN帽层；位于P型GaN帽层上的基极；覆盖在复合势垒层、P型GaN帽层、阳极肖特基接触和基极上的钝化层。本发明专利技术实施例的GaN基肖特基势垒二极管通过引入复合势垒层、P型GaN帽层、基极和复合阳极，在提高器件击穿电压的同时减小了器件的开启电压，改善了器件的击穿特性和可靠性。

A GaN Kischottky Barrier Diode Based on Field Plate and Composite Barrier Layer

The present invention relates to a GaN-based Schottky barrier diode based on a field plate and a composite barrier layer, including a substrate, a buffer layer on the substrate and a channel layer on the buffer layer; a composite barrier layer on the channel layer, including a first barrier layer, a second barrier layer and a third barrier layer; a cathode on the first barrier layer; and a composite anode on the second barrier layer, including a composite anode on the second barrier layer. Anode ohmic contact and anode Schottky contact; P-type GaN cap layer on the third barrier layer; base electrode on P-type GaN cap layer; passivation layer covering composite barrier layer, P-type GaN cap layer, anode Schottky contact and base electrode. The GaN-based Schottky barrier diode in the embodiment of the present invention improves the breakdown voltage of the device while reducing the open voltage of the device by introducing a composite barrier layer, a P-type GaN cap layer, a base electrode and a composite anode, thereby improving the breakdown characteristics and reliability of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种基于场板和复合势垒层的GaN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，而以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，由于具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度，且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点，在制备高性能功率器件方面脱颖而出，在二极管领域应用潜力巨大。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基于场板和复合势垒层的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基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的沟道层，还包括：第一势垒层，位于所述沟道层上；第二势垒层，位于所述沟道层上；第三势垒层，位于所述沟道层上并且设置在所述第一势垒层和所述第二势垒层之间，所述第一势垒层、所述第二势垒层和所述第三势垒层共同形成复合势垒层；阴极，位于所述第一势垒层上；阳极欧姆接触，位于所述第二势垒层上；阳极肖特基接触，覆盖在所述阳极欧姆接触和所述第二势垒层上，所述阳极欧姆接触和所述阳极肖特基接触共同形成复合阳极；P型GaN帽层，位于所述第三势垒层上且设置在所述阳极肖特基接触的一侧；基极，位于所述P型GaN帽上；钝化层，覆盖在所述第三势垒层和/或第一势垒层、所述P型GaN帽层、所述阳极肖特基接触和所述基极上。在本专利技术的一个实施例中，所述第一势垒层和所述第二势垒层的材料均包括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，所述第三势垒层材料包括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P型GaN帽层的长度小于等于所述复合阳极与所述阴极之间的长度。在本专利技术的一个实施例中，所述P型GaN帽层的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3。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P型GaN帽层的长度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术的基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管通过引入复合势垒层、P型GaN帽层、基极和复合阳极，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、P型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)浓度较低，第三势垒层与沟道层之间形成的2DEG浓度较高，不同浓度的2DEG有利于横向扩展耗尽区；同时P型GaN帽层与复合势垒层之间形成的反偏PN结具有耗尽作用，与沟道处的2DEG形成RESURF(ReducedSURfaceField,降低表面电场)效应，可以有效降低阳极边缘高电场峰；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、P型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P型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基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于场板和复合势垒层的GaN基SBD器件的尺寸示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种阴极位置示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种凹槽结构示意图；图5为现有技术提供的一种传统GaN基SBD器件的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的基于场板和复合势垒层的GaN基SBD器件及传统GaN基SBD器件的转移特性比较图；图7为本专利技术实施例提供的基于场板和复合势垒层的GaN基SBD器件及传统GaN基SBD器件的反向耐压电场分布比较图。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基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管的结构示意图，包括：衬底101，位于衬底101上的缓冲层102和位于缓冲层102上的沟道层103；还包括：第一势垒层1041，位于沟道层103上；第二势垒层1042，位于沟道层103上；第三势垒层105，位于沟道层103上并且设置在第一势垒层1041和第二势垒层1042之间；第一势垒层1041、第二势垒层1042和第三势垒层105共同形成复合势垒层；阴极107，位于第一势垒层1041上；阳极欧姆接触108，位于第二势垒层1042上；阳极肖特基接触110，覆盖在阳极欧姆接触108上和第二势垒层1042上；阳极欧姆接触108和阳极肖特基接触110共同形成复合阳极；P型GaN帽层106本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底(101)、位于所述衬底(101)上的缓冲层(102)和位于所述缓冲层(102)上的沟道层(103)，其特征在于，还包括：第一势垒层(1041)，位于所述沟道层(103)上；第二势垒层(1042)，位于所述沟道层(103)上；第三势垒层(105)，位于所述沟道层(103)上并且设置在所述第一势垒层(1041)和所述第二势垒层(1042)之间；所述第一势垒层(1041)、所述第二势垒层(1042)和所述第三势垒层(105)共同形成复合势垒层；阴极(107)，位于所述第一势垒层(1041)上；阳极欧姆接触(108)，位于所述第二势垒层(1042)上；阳极肖特基接触(110)，覆盖在所述阳极欧姆接触(108)和所述第二势垒层(1042)上，所述阳极欧姆接触(108)和所述阳极肖特基接触(110)共同形成复合阳极；P型GaN帽层(106)，位于所述第三势垒层(105)上；基极(111)，位于所述P型GaN帽层(106)上；钝化层(112)，覆盖在所述复合势垒层、所述P型GaN帽层(106)、所述阳极肖特基接触(110)和所述基极(111)上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底(101)、位于所述衬底(101)上的缓冲层(102)和位于所述缓冲层(102)上的沟道层(103)，其特征在于，还包括：第一势垒层(1041)，位于所述沟道层(103)上；第二势垒层(1042)，位于所述沟道层(103)上；第三势垒层(105)，位于所述沟道层(103)上并且设置在所述第一势垒层(1041)和所述第二势垒层(1042)之间；所述第一势垒层(1041)、所述第二势垒层(1042)和所述第三势垒层(105)共同形成复合势垒层；阴极(107)，位于所述第一势垒层(1041)上；阳极欧姆接触(108)，位于所述第二势垒层(1042)上；阳极肖特基接触(110)，覆盖在所述阳极欧姆接触(108)和所述第二势垒层(1042)上，所述阳极欧姆接触(108)和所述阳极肖特基接触(110)共同形成复合阳极；P型GaN帽层(106)，位于所述第三势垒层(105)上；基极(111)，位于所述P型GaN...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，马晓华，郝跃，白丹丹，
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