具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：一、外延材料生长；二、阴极制作；三、P型氧化物岛状终端制作；四、阳极制作。其可以有效地降低二极管的反向漏电，并可以降低峰值电场、提高击穿电压；同时，其能够保证二极管的正向大电流。向大电流。向大电流。

【技术实现步骤摘要】
具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子器件
，涉及一种肖特基二极管及其制备方法，具体涉及一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]与第一代半导体材料Si、Ge以及第二代半导体材料GaAs相比，以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体具有高禁带宽度、高击穿电场强度、优良的导热性能等优势，并且AlGaN/GaN异质结导带不连续性较大，注入效率较高，界面处又有自发极化与压电极化效应，会在界面处形成高浓度的电子，这些电子被局限在势阱中，只能在两个方向上自由运动，因此具有更高的迁移率和更高浓度。从理论上讲，GaN基功率器件能够获得更低的导通电阻和更高的击穿电压，GaN基功率器件相比于其他功率器件功率密度更高、功耗利用率更高。
[0003]为此，有人制造了双沟道AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)，并且在栅极上方制造了空气桥式场板(AFP)和倾斜场板。双沟道AlGaN/GaN HEMT将AlGaN/GaN沟道进行叠加，提高了器件的饱和电流，空气桥式场板(AFP)和倾斜场板可以在一定程度上降低栅边缘附近的峰值电场，增大双沟道HEMT器件的击穿电压。多沟道AlGaN/GaN HEMT器件将多层AlGaN/GaN沟道进行叠加，沟道中的载流子也能够随着沟道数量的增加呈现倍数增加，可以得到更大的饱和电流，更小的串联电阻，具有更加优良的性能。
[0004]此外，有人制备了无凹槽肖特基欧姆混合阳极薄势垒(厚度为5纳米)AlGaN/GaN异质结肖特基二极管。该结构采用了无凹槽刻蚀技术，减少了刻蚀损伤对器件特性的影响，采用了肖特基欧姆混合阳极共同导电的方式降低了器件的开启电压，并且采用低压力化学汽相沉积(LPCVD)完成了Si3N4钝化，在器件阴阳极间距为10μm时，器件的开启电压VT仅为0.37V，反向击穿电压高达1700V(@10μA/mm)。
[0005]横向GaN基功率二极管是通过在沟道层上外延势垒层形成异质结，借助GaN材料体系的自发极化与压电极化效应在异质结界面处产生二维电子气(2DEG)，因为沟道中的2DEG面密度和迁移率都较高，因此横向GaN基功率器件可以实现极低的导通电阻，更高的导通电流。多沟道横向GaN基功率二极管近几年被也广泛研究，多沟道横向GaN基功率二极管利用多个异质结的堆叠在阴阳极之间形成多个并联的2DEG导电通路，极大地降低了器件的导通电阻，保证器件正向大电流，但这也造成了反向漏电增加。如何能够在不损失器件正向大电流的前提下，降低器件的反向漏电，提高器件的击穿电压已经成为了国内外的研究热点。
[0006]鉴于现有技术的上述技术缺陷，需要提供一种改进的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法，其可以有效地降低二极管的反向漏电，并可以降低峰值电场、提高击穿
电压；同时，其能够保证二极管的正向大电流。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]1)、在衬底上依次生长至少三层异质结层，每层所述异质结层都包括沟道层和位于所述沟道层上的势垒层且所述沟道层和势垒层的接触位置形成二维电子气；
[0011]2)、在所述至少三层异质结层的顶面和一侧的外侧面刻蚀形成阴极的生长区域，并在所述至少三层异质结层的顶面和另一侧的外侧面刻蚀形成P型氧化物的溅射生长区域；
[0012]3)、在所述阴极的生长区域上淀积阴极金属层，形成阴极；
[0013]4)、在所述P型氧化物的溅射生长区域上溅射多个P型氧化物，所述多个P型氧化物形成P型氧化物岛状终端；
[0014]5)、在所述P型氧化物岛状终端的顶面和外侧面、所述至少三层异质结层的顶面和另一侧的外侧面淀积阳极金属层，形成阳极。
[0015]优选地，所述P型氧化物的厚度为60～300nm、沿所述阳极的纵向方向的长度为1～3μm、沿所述阳极的横向方向的长度为1～3μm，且相邻两个所述P型氧化物之间的间距为2～4μm。
[0016]优选地，所述沟道层的材料为GaN，所述势垒层的材料为AlGaN且其Al组分的摩尔分数为15～35％。
[0017]优选地，所述沟道层的厚度为25～75nm，所述势垒层的厚度为20～40nm。
[0018]优选地，所述P型氧化物的材料为CuO、NiO、Cu2O、SnO和CuBO2中的一种或多种。
[0019]优选地，所述步骤2)中，在形成所述阴极的生长区域和P型氧化物的溅射生长区域时，要刻蚀到紧邻所述衬底的沟道层。
[0020]优选地，所述衬底为Si衬底、蓝宝石衬底或SiC衬底。
[0021]优选地，所述阴极采用Ti层、Al层、Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ti层的厚度为20nm、Al层的厚度为160nm、Ni层的厚度为55nm、Au层的厚度为45nm。
[0022]优选地，所述阳极采用Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ni层的厚度为45nm，Au层的厚度为200nm。
[0023]此外，本专利技术还提供一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管，其特征在于，其利用上述制备方法制备而成。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
[0025]1、其P型氧化物岛状终端在势垒层的顶面和外侧面，在二极管处于关态时，P型氧化物岛状终端会形成PN结耗尽区，其在较低电压下可以获得较大的耗尽区，耗尽区可以关断导电沟道，形成大面积的高阻区，相比于传统肖特基结可以有效地降低反向漏电。
[0026]2、其P型氧化物岛状终端在势垒层的顶面和外侧面，在二极管处于关态时，P型氧化物岛状终端会形成多个PN结耗尽区，多个PN结耗尽区可以降低峰值电场，提高击穿电压。
[0027]3.、本专利技术的具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管利用多个异质结的堆叠在阴阳极之间形成多个并联的2DEG导电通路，极大地降低了二极管的导通电阻，补偿了P型氧
化物岛状终端对2DEG的耗尽，保证二极管的正向大电流。
附图说明
[0028]图1是衬底的结构示意图。
[0029]图2是在图1的基础上生长了沟道层后的结构示意图。
[0030]图3是在图2的基础上生长了势垒层后的结构示意图。
[0031]图4是在图3的基础上生长了第二层异质结层后的结构示意图。
[0032]图5是在图4的基础上生长了第三层异质结层后的结构示意图。
[0033]图6是在图5的基础上刻蚀了阴极的生长区域和P型氧化物的溅射生长区域后的结构示意图。
[0034]图7是在图6的基础上制作了阴极后的结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、在衬底(1)上依次生长至少三层异质结层，每层所述异质结层都包括沟道层(2)和位于所述沟道层(2)上的势垒层(3)且所述沟道层(2)和势垒层(3)的接触位置形成二维电子气(a)；2)、在所述至少三层异质结层的顶面和一侧的外侧面刻蚀形成阴极的生长区域(b)，并在所述至少三层异质结层的顶面和另一侧的外侧面刻蚀形成P型氧化物的溅射生长区域(c)；3)、在所述阴极的生长区域(b)上淀积阴极金属层，形成阴极(4)；4)、在所述P型氧化物的溅射生长区域(c)上溅射多个P型氧化物(5)，所述多个P型氧化物(5)形成P型氧化物岛状终端；5)、在所述P型氧化物岛状终端的顶面和外侧面、所述至少三层异质结层的顶面和另一侧的外侧面淀积阳极金属层，形成阳极(6)。2.根据权利要1所述的具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述P型氧化物(5)的生长厚度为60～300nm、沿所述阳极(6)的纵向方向的长度为1～3μm、沿所述阳极(6)的横向方向的长度为1～3μm，且相邻两个所述P型氧化物(5)之间的间距为2～4μm。3.根据权利要2所述的具有P型终端的高压多沟道肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述沟道层(2)的材料为GaN，所述势垒层(3)的材料为AlGaN且其Al组分的摩尔分数为15～35％。4.根据权利要3所述的具有P型...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斌，白俊春，贾永，汪福进，
申请(专利权)人：江苏芯港半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：