一种肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，利用异质结结构，使相邻Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，Ⅲ族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在金属场板和最上层的Ⅲ族氮化物层之间的至少一个具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层。本发明专利技术提供的肖特基二极管能够同时提高反向耐压能力和正向导通能力。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种肖特基二极管及其制备方法，属于半导体

技术介绍
二极管在功率电路中有着非常广泛的应用，典型的功率电路期望的理想二极管应该包括以下特性第一、当器件处于反偏状态时(阴极电压远高于阳极电压)，二极管需要能够承担尽可能高的电压，其耐压大小取决于电路对器件的性能要求，在很多高压功率切换应用中，需要二极管能够承担600V或1200V的反压；第二、当器件处于正偏状态时，又需要其正向导通电压尽可能低，以此来减小导通损耗，即需要足够低的正向导通电阻 ’第三、反偏时储存在二极管中的电荷要尽可能低，以保证转换过程中的低开关损耗。肖特基二极管是以金属(金、银、铝、钼等)为阳极，以N型半导体为阴极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。传统硅功率半导体材料形成的肖特基二极管的反向耐压能力和正向导通能力都不尽如人意。III - V族氮化物半导体材料以其相对于第一代硅功率半导体材料的更优秀的导通和阻断能力而成为半导体材料的优秀代表，人们纷纷研究利用III - V族氮化物半导体材料来制作半导体器件。目前，使用异质结结构的氮化物半导体器件已经广为人知。现有技术中已经出现了利用AlGaN/GaN异质结结构制造的肖特基二极管。 中国专利文献CN101840938A公开了一种氮化镓异质结肖特基二极管(见图1)，包括一个衬底、一个形成在衬底上的GaN层、一个形成在GaN层之上的AlGaN层、一个形成在AlGaN层之上的金属层以及一个形成在AlGaN层顶部表面且位于金属层一个边缘下方的高势垒区，其中，GaN层和AlGaN层构成二极管的阴极区，金属层作为二极管的阳极电极，高势垒区的带隙能量高于AlGaN层，或者高势垒区的电阻率比AlGaN层更大。该专利文献中公开的氮化镓异质结肖特基二极管，在AlGaN层中，靠近肖特基金属的顶部区域，通过离子注入等方式形成了高势垒区114，即对所述AlGaN层进行了修改，所述高势垒区114的材料的带隙宽度比AlGaN半导体层的带隙宽度还要宽，通过设定这样的高电阻率的宽带隙势垒材料，可以对该位置的电场进行抑制，有效降低电场尖峰，从而优化电场，提高耐压。但是，该文献中公开的氮化镓异质结肖特基二极管仍然存在以下缺陷 第一、该文献中公开的肖特基二极管，其高势垒区114在AlGaN层的顶面向下凹陷形成，在实际的制备工艺中，需要先通过外延生长的方式形成GaN和AlGaN的异质结,然后需要在已经成型的AlGaN的顶面定义一个向下凹陷的开口，用于注入具有较高带隙能量的材料，从而形成高势垒区114，在此过程中，由于需要事先定义开口(一般采用挖掉一部分AlGaN的办法)，不但工艺复杂，而且在向开口注入较高带隙能量的材料后，容易在两者的接触部位形成较多的缺陷，从而影响了肖特基二极管的最终耐压能力的提升，进而对其反向耐压能力的提升造成一定的限制； 第二、该文献中公开的肖特基二极管，所述高势垒区由AlGaN层组成，在所述AlGaN层中植入Mg、Cd、Zn、Ca、N、O、C或者一个二氧化硅层来对所述AlGaN层进行修改，从而形成高势垒区，在此过程中，专利技术人在修改AlGaN层的过程中，只关注植入的元素层是否有助于形成高带隙能量或者高电阻率的高势垒区，而不关注其注入的元素是否助于改进该肖特基二极管的正向导通能力，实际上，根据上述记载，当其注入的元素为N、O、C甚至惰性气体时，对于改进肖特基二极管的正向导通能力无法起到良好的作用，从而使该文献中公开的肖特基二极管很难同时保证良好的耐压和导通能力，进而影响其在功率器件集成化方面的应用。公开于Proc. of SPIE Vol. 7216 721606-7 中的名称为 “Recent Advances ofHigh Voltage AlGaN/GaN Power HFETs”的外文文献公开了一种设置在栅极下方的P-AlGaN层，而鉴于栅极电压一般较低，很难突破PN结的内建电势，从而无法将P-AlGaN中的空穴推出，从而对于正向导通能力的影响较小；更为重要的是，即使强制使栅极工作在足够高的电压之下，从而使栅极电压高于PN结内建电势，进而推出空穴，在持续的往下推空穴过程中，会形成栅极往下的电流，从而使栅极产生大的泄漏电流，进而产生安全隐患，因此，该文献中公开的P-AlGaN层并不是为了达到对于正向导通能力提升的目的；同时，该文献中栅极下方的P-AlGaN层，其本身处在反向耐压时的一个电场尖峰下面，并且限定在栅极下方的 内部区域，从而无法起到抑制电场尖峰的目的，进而无法提高反向耐压能力。实际上，根据该文献在摘要部分第二段的记载，该文献中设置P-AlGaN层是为了实现器件的常断特性。因此，本领域技术人员很难从该文献中得到利用P-AlGaN层来提高肖特基二极管正向导通能力和反向耐压能力的技术启示。综上所述，现有技术中缺少一种能够同时提高正向导通能力和反向耐压能力的肖特基二极管。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种能够同时提高正向导通能力和反向耐压能力的肖特基二极管。为此，本专利技术提供一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列III族氮化物层，相邻所述III族氮化物层之间形成二维电子气沟道，所述III族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，所述III族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和最上层的III族氮化物层之间的具有P型掺杂的III族氮化物增强层。所述III族氮化物层为GaN层和AlGaN层。最上层的所述III族氮化物层为AlGaN层。最上层的所述III族氮化物层为GaN层。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为P型掺杂的GaN层。所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度位于lE13_lE20/cm3之间。所述P型掺杂的GaN层在与最上层的所述III族氮化物层接触的不同区域的掺杂浓度不同，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。所述金属场板具有与最上层的所述III族氮化物层接触的部分和不与最上层的所述III族氮化物层接触的向外延伸的部分，所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层位于所述向外延伸的部分与最上层的所述III族氮化物层形成的填充间隙之间。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为圆环形。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层有一部分伸出所述填充间隙。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，且所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层有一部分嵌入所述金属场板的所述向外延伸的部分内。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为阶梯形，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大。所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为锯齿形，且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大。 在所述金属场板的所述接触的部分和最上层的III族氮化物连接界面处设置绝缘材料形成的侧壁。还包括设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，相邻所述Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，所述Ⅲ族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，所述Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；其特征在于：还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和最上层的Ⅲ族氮化物层之间的具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层。

【技术特征摘要】
1.一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列III族氮化物层，相邻所述III族氮化物层之间形成二维电子气沟道，所述III族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，所述III族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触； 其特征在于 还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和最上层的III族氮化物层之间的具有P型掺杂的III族氮化物增强层。2.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于所述III族氮化物层为GaN层和AlGaN 层。3.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于最上层的所述III族氮化物层为AlGaN 层。4.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于最上层的所述III族氮化物层为GaN 层。5.根据权利要求1-4中任一项所述的肖特基二极管，其特征在于所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为P型掺杂的GaN层。6.根据权利要求5所述的肖特基二极管，其特征在于所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度位于lE13-lE20/cm3之间。7.根据权利要求6所述的肖特基二极管，其特征在于所述P型掺杂的GaN层在与最上层的所述III族氮化物层接触的不同区域的掺杂浓度不同，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。8.根据权利要求1-7中任一项所述的肖特基二极管，其特征在于所述金属场板具有与最上层的所述III族氮化物层接触的部分和不与最上层的所述III族氮化物层接触的向外延伸的部分，所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层位于所述向外延伸的部分与最上层的所述III族氮化物层形成的填充间隙之间。9.根据权利要求8所述的肖特基二极管，其特征在于所述具有P型掺杂的III族氮化物增强层为圆环形。10.根据权利要求9所述的肖特基二极管，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢刚，汤岑，盛况，郭清，汪涛，崔京京，
申请(专利权)人：苏州英能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：