一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件制造技术

本发明专利技术公开了一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，包括衬底和依次设置于衬底上的GaN缓冲层、AlGaN势垒层、钝化层，所述钝化层的两侧分别设置有阳极金属和阴极金属，所述阳极金属和所述阴极金属之间的AlGaN势垒层上间隔设置有若干个阵列浮空岛结构，且沿所述阳极金属至所述阴极金属方向及所述阳极金属或所述阴极金属的延伸方向，均设置有若干个阵列浮空岛结构，相邻的两个阵列浮空岛结构均设置有间隔距离。本发明专利技术将浮空岛结构阵列布置于阴极金属和阳极金属的AlGaN势垒层上，减少了其下方2DEG的损耗，提高了正向电流密度，器件的正向导通特性得到提升。器件的正向导通特性得到提升。器件的正向导通特性得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件。

技术介绍

[0002]随着以GaN和SiC为代表的第三代半导体材料的发展，基于AlGaN/GaN异质结的SBD(SchottkyBarrierDiode，肖特基势垒二极管)器件被广泛应用，其异质结界面因极化效应产生的正极化电荷形成高迁移率的二维电子气2DEG，使得SBD器件在正向导通时具有较大的正向电流；但是SBD器件在反向偏置时，由于器件在耗尽层中的边缘电场集中效应，使得其击穿电压远小于理论的反向击穿电压。
[0003]目前，主要采用在两个金属电极之间淀积形成浮空金属环结构和场板结构，提高SBD器件的反向击穿电压。例如2019年12月22日公开的，公开号为CN110364574A的专利技术专利《基于P
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GaN帽层和浮空金属环的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件》，其采用场板结构和浮空金属环结构相结合的方式，在器件反向偏置时，利用浮空金属环的等电势效应分散横向电场，同时利用浮空金属的场板结构与边缘处的PN结进一步分散浮空金属环边缘与阳极边缘处的电场峰值，使得电场横向分布更加均匀。但是还存在下列一些问题：
[0004]1)正向导通时，由于浮空金属环对横向电场的分散及肖特基结面和PN结产生的耗尽区(空间电荷区)，导致电势横向变化缓慢，影响正向导通特性。
[0005]2)正向导通时，在阳极和阴极之间的浮空金属环和场板结构垂直于电流方向连续分布，下方的二维电子气2DEG因为其产生的空间电荷区发生损耗，导致电子迁移率降低，正向电流密度降低，电流减小。
[0006]3)组合结构单一，若想要达到理想的反向击穿电压，则需设置若干个横向连续分布的组合结构，对器件性能和尺寸影响较大。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，其采用单阶梯式或多阶梯式浮空金属岛结构组成的浮空岛结构，阵列布置于阴极和阳极的AlGaN势垒层上，减少了其下方2DEG的损耗，同时提高了正向电流密度，器件的正向导通特性得到提升。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，包括衬底和依次设置于衬底上的GaN缓冲层、AlGaN势垒层、钝化层，所述钝化层的两侧分别设置有阳极金属和阴极金属，所述阳极金属和所述阴极金属之间的AlGaN势垒层上间隔设置有若干个阵列浮空岛结构，且沿所述阳极金属至所述阴极金属方向及所述阳极金属或所述阴极金属的延伸方向，均设置有若干个阵列浮空岛结构，相邻的两个阵列浮空岛结构均设置有间隔距离；所述阵列浮空岛结构包括P型帽层和浮空金属岛；所述AlGaN势垒层的未被阵列浮空岛
结构覆盖的部分和所述阵列浮空岛的除浮空金属岛上表面的部分均由所述钝化层覆盖。
[0010]优选地，沿所述阳极金属至所述阴极金属方向，第一个阵列浮空岛结构与所述阳极金属间隔开，最后一个阵列浮空岛结构与所述阴极金属间隔开。
[0011]优选地，同一阵列浮空岛结构中，浮空金属岛位于靠近所述阳极一侧的AlGaN势垒层上，P型帽层位于靠近所述阴极一侧的AlGaN势垒层上。
[0012]优选地，所述浮空金属岛包括与AlGaN势垒层接触的第一延伸端和朝向所述阴极金属延伸的浮空端，所述浮空端覆盖于所述P型帽层上表面。
[0013]优选地，所述浮空端覆盖所述P型帽层上表面靠近阳极的部分区域。
[0014]优选地，所述P型帽层包括沿阴极金属方向至阳极金属方向依次间隔设置于AlGaN势垒层上的第一P型帽层、第二P型帽层和第三P型帽层，所述浮空金属岛还包括垂直于所述浮空端朝向AlGaN势垒层延伸的第二延伸端和第三延伸端；
[0015]所述第三P型帽层紧密设置于第一延伸端和第二延伸端之间，所述第二P型帽层紧密设置于第二延伸端和第三延伸端之间，所述第一P型帽层紧密设置于第三延伸端和钝化层之间；除第一延伸端外，其余延伸端均不与所述AlGaN势垒层接触。
[0016]优选地，所述第二延伸端的长度小于所述第一延伸端的长度且大于所述第三延伸端的长度。
[0017]优选地，所述钝化层分别覆盖第二延伸端下表面和AlGaN势垒层之间及第三延伸端下表面和AlGaN势垒层之间。
[0018]优选地，所述P型帽层为P型GaN帽层。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020](1)本专利技术的器件采用被阵列布置在阴极金属和阳极金属之间的势垒层上的阵列浮空岛结构，阵列岛结构在电场垂直方向上间断出现，无阵列岛结构下方的2DEG不会被阵列浮空岛结构的金属或P型帽层损耗，正向电流密度不会降低。
[0021](2)本专利技术的阵列浮空岛结构中的浮空金属岛在电场垂直方向上间断出现，正向导通时产生的串联电阻变小，正向电流变大。
[0022](3)本专利技术的浮空金属岛和P型帽层与势垒层形成的肖特基结和PN结面积减小，耗尽区(空间电荷区)变小，器件正向导通时，提高了电势横向变化速度，正向导通特性得到改善。
[0023](4)本专利技术采用多阶梯式浮空金属岛结构，引入多个电场峰值，使电场分布更加均匀，击穿电压大幅度提升。
[0024](5)本专利技术的器件可以通过增加阵列浮空金属岛的个数进一步的提高击穿电压，并且增加阵列浮空金属岛个数只需在版图上进行改动就可以实现，不需要增加新的工艺步骤。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件的器件结构示意图；
[0027]图2为图1中以有源区为俯面的器件结构示意图；
[0028]图3为现有的基于浮空环结构的AlGaN/GaN异质结SBD器件结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的另一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件的器件结构示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]101
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衬底，102
‑
GaN缓冲层，103
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AlGaN势垒层，104
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阳极金属，105
‑
阴极金属，106
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钝化层，107
‑
浮空金属岛，107
’‑
浮空金属环，70
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浮空端，71
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第一延伸端，72
‑
第二延伸端，73
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第三延伸端，108
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，其特征在于，包括衬底和依次设置于衬底上的GaN缓冲层、AlGaN势垒层、钝化层，所述钝化层的两侧分别设置有阳极金属和阴极金属，所述阳极金属和所述阴极金属之间的AlGaN势垒层上间隔设置有若干个阵列浮空岛结构，且沿所述阳极金属至所述阴极金属方向及所述阳极金属或所述阴极金属的延伸方向，均设置有若干个阵列浮空岛结构，相邻的两个阵列浮空岛结构均设置有间隔距离；所述阵列浮空岛结构包括P型帽层和浮空金属岛；所述AlGaN势垒层的未被阵列浮空岛结构覆盖的部分和所述阵列浮空岛的除浮空金属岛上表面的部分均由所述钝化层覆盖。2.如权利要求1所述的一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，其特征在于，沿所述阳极金属至所述阴极金属方向，第一个阵列浮空岛结构与所述阳极金属间隔开，最后一个阵列浮空岛结构与所述阴极金属间隔开。3.如权利要求1所述的一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，其特征在于，同一阵列浮空岛结构中，浮空金属岛位于靠近所述阳极一侧的AlGaN势垒层上，P型帽层位于靠近所述阴极一侧的AlGaN势垒层上。4.如权利要求3所述的一种具有阵列浮空岛结构的氮化镓肖特基二极管器件，其特征在于，所述浮空金属岛包括与AlGaN势垒层接触的第一延伸端和朝向所述阴极金属延伸的浮空端...

【专利技术属性】
技术研发人员：白俊春，平加峰，程斌，王晨宁，
申请(专利权)人：江苏晶曌半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：