一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，涉及半导体器件技术领域，包括衬底、电极接触层、底部电极、第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体层、半金属层、保护层和顶部电极，第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体层、半金属层和保护层依次层叠在电极接触层上，底部电极为电极接触层上的独立台面结构，其中，底部电极和电极接触层之间形成欧姆接触，保护层与半金属层之间形成欧姆接触，第三半导体层与半金属层之间形成肖特基接触，第一半导体层和第二半导体层是由IIIA族和VA族元素组成的化合物所形成的半导体层，δ掺杂层为δ掺杂Si层或δ掺杂Be层。本实用新型专利技术提供的一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，其中由二维电子气形成的导电沟道结构可以有效增强正向导通能力，抑制反向漏电流，提高击穿电压。提高击穿电压。提高击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管


[0001]本技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管。

技术介绍

[0002]肖特基二极管具有开关频率高、开关损耗小、正向压降低等优点，广泛应用于低功耗、高速集成电路和微波通信电路中，例如：开关电源、变频器、驱动器、整流二极管、保护二极管、检波二极管等。
[0003]现有的肖特基二极管是通过金属与半导体的接触而构成，金属材料通常选用金、铝、钼和镍等，半导体通常为硅、砷化镓和氮化镓等。由于金属和半导体两种材料的性质差异，导致肖特基二极管中金属层与半导体层之间界面的热稳定性较差，伴随形成位错等缺陷、发生界面扩散和界面反应，从而降低肖特基结的界面质量，在高电场下热电子发射或电子隧穿效应会使得反向漏电增大，降低肖特基二极管器件的反向耐压特性。文献“闫大为,吴静,闫晓红,等.晶格匹配InAlN/GaN异质结构肖特基接触反向电流的电压与温度依赖关系[J].物理学报，2021,70(07):299
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305.”指出：位错是肖特基二极管器件反向漏电流的主要输运通道，而非肖特基效应。因此，肖特基二极管中金属/半导体的异质界面接触结构，亟待进一步技术手段的改善。
[0004]肖特基二极管与普通的PN结不同，肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，因此，其正向导通电压和正向压降V
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都比PN结低（约只有一般硅二极管的一半），同时降低了功率的消耗。肖特基二极管是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复的问题，其反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，远小于PN结二极管的反向恢复时间，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用，但是由于肖特基二极管的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低（实际应用的肖特基二极管反向击穿电压大多在100 V以下）。因此，提升肖特基二极管的耐压特性以及瞬态高压过冲可靠性，对扩展其在高速开关电源、平板/等离子电视、电焊机及移动通信基站等领域的应用是十分必要的。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的不足，本技术提供一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，使用半金属层替代传统的金属层，用于解决现有技术中肖特基二极管的金属/半导体界面热稳定性差、界面晶格失配大、位错等缺陷密度高的问题，同时半导体层/δ掺杂层/半导体层异质结所形成的二维电子气能够在降低肖特基二极管开启电压的同时降低反向漏电流，从而提升反向击穿电压，降低功耗。
[0006]为了实现上述目的，本技术提供一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，包括衬底、电极接触层、底部电极、第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体层、半金属层、保护层和顶部电极，第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体
层、半金属层和保护层依次层叠在电极接触层之上，底部电极为电极接触层上的独立台面结构，其中，底部电极和电极接触层之间形成欧姆接触，保护层与半金属层之间形成欧姆接触，第三半导体层和半金属层之间形成肖特基结，第一半导体层和第二半导体层是由IIIA族和VA族元素组成的化合物所形成的半导体层，δ掺杂层为δ掺杂Si层或δ掺杂Be层。
[0007]优选地，δ掺杂层的厚度不大于1纳米。
[0008]优选地，第一半导体层和第二半导体层的厚度之和为100~500纳米，厚度比为9:1~7:3。
[0009]优选地，第三半导体层是由IIIA族和VA族元素组成的化合物所形成的半导体层，厚度为200~300纳米。
[0010]优选地，第一半导体层、第二半导体层或第三半导体层是掺杂的半导体层。
[0011]优选地，半金属层是由稀土元素和VA族元素组成的化合物所形成的层，厚度为50~150纳米。
[0012]优选地，电极接触层包括半导体缓冲层和/或掺杂半导体层。
[0013]优选地，保护层为低功函数金属层，厚度为50~80纳米。
[0014]优选地，电极接触层、第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体层、半金属层和保护层依次以外延方式生长在衬底之上。
[0015]优选地，外延的方法包括分子束外延（MBE）技术与金属有机化学气相沉积（MOVPE）技术。
[0016]本技术的技术效果和优势：
[0017]本技术提供的一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，利用δ掺杂层中的Si或Be原子替换半导体层的IIIA族原子，形成多电子或多空穴状态，从而使第一半导体层和第二半导体层的能带发生弯曲，最终由于电子的隧穿或迁移在第二半导体层和第三半导体层的异质结界面处形成二维电子气。同理，由于空穴的隧穿或迁移会在第二半导体层和第三半导体层的异质结界面处形成二维空穴气。二维电子气结构不仅能够降低本技术中肖特基二极管的开启电压，还能够减小反向漏电流，从而提升反向击穿电压。本技术使用具有半金属性质的材料替代传统金属层，并且使之与半导体层接触，构建半金属/半导体肖特基结，在保持肖特基势垒的同时降低了晶格失配以及界面缺陷密度，并且本技术的半金属可以浸润IIIA族
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VA族化合物半导体层的表面，易形成兼容性好、热稳定性高的半金属/半导体界面，降低肖特基二极管器件的反向漏电流。本技术设计合理、简单、实用性强，且制备方法简单，便于实施，该结构可应用于各种肖特基二极管芯片制造。
附图说明
[0018]为了更清楚的阐释本技术的技术方案，展示以下实施例中所需要使用的附图，应当理解，附图仅展示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0019]图1为本技术中一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管的器件结构剖面示意图。
[0020]图2为本技术另一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管的器件结
构剖面示意图。
[0021]图3为本技术实施例1中肖特基结和二维电子气结构部分的能带示意图。
具体实施方式
[0022]以下通过附图和特定的具体实施例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0023]如在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0024]本技术提供了一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，如图1所示，其自下而上依次包括衬底01、电极接触层02、底部电极03、第一半导体层04、δ掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半金属/半导体异质结构的肖特基二极管，其特征在于，包括衬底、电极接触层、底部电极、第一半导体层、δ掺杂层、第二半导体层、第三半导体层、半金属层、保护层和顶部电极，所述第一半导体层、所述δ掺杂层、所述第二半导体层、所述第三半导体层、所述半金属层和所述保护层依次层叠在所述电极接触层之上，所述底部电极为所述电极接触层上的独立台面结构，其中，所述底部电极和所述电极接触层之间形成欧姆接触，所述保护层与所述半金属层之间形成欧姆接触，所述第三半导体层和所述半金属层之间形成肖特基结，所述第一半导体层和所述第二半导体层是由IIIA族和VA族元素组成的化合物所形成的半导体层，所述δ掺杂层为δ掺杂Si层或δ掺杂Be层。2.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，所述δ掺杂层的厚度不大于1纳米。3.根据权利要求1所述的肖特...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦红，谢景龙，马庆，
申请(专利权)人：南京磊帮半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：