具有低正向电压及低反向电流操作的氮化镓基底的二极管制造技术

本发明专利技术揭示了具有低通态压（Ｖ↓［ｆ］）和可将反向电流（Ｉ↓［ｒｅｖ］）维持在相对低的结构的创新的以Ⅲ族为基的二极管。本发明专利技术的一实施例是由费米能级（或表面电势）不固定的氮化镓材料系统制成的萧特基障壁二极管（１０）。在金属－半导体接面的障壁电压（３３）随所使用的金属（１６）类型而改变，而使用特定的金属会降低二极管的萧特基障壁电压（３３）并使Ｖ↓［ｆ］落在０．１－０．３伏特的范围内。在另一实施例（４０）中，一沟槽结构（４５）在萧特基二极管半导体材料（４４）上形成以降低反向漏电电流，其含有多个在相邻沟槽之间具有平台区域（４９）的互相平行、间距相等的沟槽（４６）。本发明专利技术的第三实施例提供一具有起因于电子穿隧过而非超越过障壁电压（８１）的低Ｖ↓［ｆ］的氮化镓隧道二极管。一实施例（１２０）也可以有一沟槽结构（１２１）来降低漏电电流。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二极管，更明确地说，本专利技术涉及显示出改善的正向电压和反向漏电电流特性的氮化镓基底的二极管。
技术介绍
整流二极管是低电压转换、电源供应、电源转换器和相关的应用中最广为使用的器件之一。要达到最有效率的操作，最好能使二极管有低通态压(0.1-0.2伏特或更低)、低反向漏电电流、高电压阻断能力(20-30伏特)和高转换速度。最常见的二极管是由具有引入不纯成分的硅(Si)，在一控制的模式下来调整该二极管的操作特性所制成的pn接面二极管。二极管也可以由例如砷化镓(GaAs)和碳化硅(SiC)等其他半导体材料来形成。接面二极管的一个缺点是在正向传导期间，二极管的电力损失在大电流量时会变得相当大。萧特基整流二极管是一种特别形式的整流二极管，其由一可整流的金属-半导体障壁区域所构成，而非一pn接面。当金属接触半导体，一障壁区域会被形成在两者间的接面处。当被正确地制造时，该障壁区域会将电荷储存效应降到最小并藉由缩短关闭(turn-off)时间来促进二极管的转换[L.P.Hunter，半导体器件第1-10页(1970年)的半导体材料、器件、和电路物理]。常见的萧特基二极管具有比pn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以Ⅲ族氮化物为基的二极管，其包括：一ｎ＋掺杂的氮化镓层（４２）；一在所述ｎ＋氮化镓层（４２）上的ｎ－掺杂的氮化镓层（４４）；一在所述ｎ－掺杂的氮化镓层（４４）上的萧特基金属层（４８），该金属层具有一功函数，所述ｎ －氮化镓层（４４）与所述萧特基金属层（４８）形成一接面，该接面具有一依赖于所述萧特基金属层（４８）的功函数的障壁电压能级（３３）；以及一在所述ｎ－层（４４）的表面上的沟槽结构（４５），所述二极管在反向偏压下经受一反向漏电电流，所述沟 槽结构（４５）降低反向漏电电流量。

【技术特征摘要】
US 2001-7-23 09/911,1551.一种以III族氮化物为基的二极管，其包括一n+掺杂的氮化镓层(42)；一在所述n+氮化镓层(42)上的n-掺杂的氮化镓层(44)；一在所述n-掺杂的氮化镓层(44)上的萧特基金属层(48)，该金属层具有一功函数，所述n-氮化镓层(44)与所述萧特基金属层(48)形成一接面，该接面具有一依赖于所述萧特基金属层(48)的功函数的障壁电压能级(33)；以及一在所述n-层(44)的表面上的沟槽结构(45)，所述二极管在反向偏压下经受一反向漏电电流，所述沟槽结构(45)降低反向漏电电流量。2.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述障壁电压(33)依赖所述萧特基金属功函数。3.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述n-掺杂的氮化镓层(44)具有一电子亲和力，所述障壁电压(33)大致上等于所述萧特基金属功函数减去所述电子亲和力。4.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述二极管还包括一与所述n+氮化镓层(42)邻接、与所述n-掺杂的氮化镓层(44)相对的基材(41)。5.如权利要求4所述的二极管，其特征在于，所述基材(41)是蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)。6.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述萧特基金属层(48)是选自由钛、铬、铌、锡、钨和钽组成的组中的金属之一。7.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述n+掺杂的氮化镓层(42)被掺杂至浓度为至少每立方厘米(cm3)1018。8.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述n-掺杂的氮化镓层(44)被掺杂至浓度为每立方厘米5×1014至5×1017的范围内。9.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述沟槽结构(45)含有多个在相邻的沟槽之间具有平台区域(49)的沟槽(46)，所述沟槽(46)具有用一绝缘材料(47)涂覆的侧壁(46a)和一底表面(46b)，所述萧特基金属层(48)覆盖所述沟槽(46)和平台区域(49)，所述绝缘材料(47)被夹在所述萧特基金属层(48)和所述侧壁(46a)和底表面(46b)之间。10.如权利要求9所述的二极管，其特征在于，所述多个沟槽(46)互相平行且间距相等。11.如权利要求9所述的二极管，其特征在于，所述绝缘材料(47)是氮化硅(SiN)。12.如权利要求9所述的二极管，其特征在于，所述绝缘材料(47)被一具有高功函数的金属所取代。13.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述二极管还包括一在所述n+氮化镓层(12)上的电阻接点(43a，43b)，一讯号施加在所述电阻接点(43a，43b)和所述萧特基金属层(48)两端之间的所述的元件上。14.一种二极管，其包括一高掺杂的氮化镓半导体材料层(42)；一邻接于所述高掺杂的氮化镓半导体材料层(42)的低掺杂的氮化镓半导体材料层(44)，所述低掺杂层具有一没有被固定的表面电势；一在所述低掺杂的氮化镓半导体材料层(44)上的萧特基金属层(48)，所述低掺杂的氮化镓半导体材料层(44)与所述萧特基金属层(48)形成一接面，所述萧特基金属层(48)具有一依赖该萧特基金属类型的障壁电压能级(33)，在可使所述二极管起一低正向电压的二极管作用的所述障壁电压的量值下，所述二极管在反向偏压下经受一反向漏电电流；以及一使所述反向漏电电流量降低的装置。15.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，所述掺杂层(42，44)是掺杂n型。16.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，在所述掺杂层(42，44)中的所述半导体材料是III族氮化物。17.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，所述高掺杂的半导体(42)是n+掺杂的氮化镓层，所述低掺杂的半导体(44)是n-掺杂的氮化镓层。18.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，所述萧特基金属层(48)具有一功函数，所述障壁电压(33)具有一改变依赖所述萧特基金属层(48)的功函数的能级。19.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，所述二极管还包括一与所述高掺杂层(42)邻接、与所述低掺杂层(44)相对的基材(41)。20.如权利要求19所述的二极管，其特征在于，所述基材(41)是蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)。21.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，所述萧特基金属层(48)是选自由钛、铬、铌、锡、钨和钽组成的组中的金属之一。22.如权利要求17所述的二极管，其特征在于，所述n+掺杂的氮化镓层(42)被掺杂至浓度为至少每立方厘米(cm3)1018。23.如权利要求17所述的二极管，其特征在于，所述n-掺杂的氮化镓层(44)被掺杂至浓度为每立方厘米5×1014至5×1017的范围内。24.如权利要求14所述的二极管，其特征在于，降低所述反向漏电电流的装置包括一在所述低掺杂的半导体材料(44)的表面上的沟槽结构(45)，所述二极管在反向偏压下经受一反向漏电电流，所述沟槽结构(45)降低反向漏电电流量。25.如权利要求24所述的二极管，其特征在于，所述沟槽结构(45)含有多个在相邻的沟槽之间具有平台区域(49)的沟槽(46)，每一个所述沟槽(46)具有用一绝缘材料(47)涂覆的侧壁(46a)和一底表面(46b)，所述萧特基金属层(48)覆盖所述沟槽(46)和平台区域(49)，所述绝缘材料(47)被夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：P帕里克，U米施拉，
申请(专利权)人：美商克立股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]