[發明專利]氮化鎵異質結肖特基二極管

有效

• 申請號: 201010128896.3
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101840938A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 朱廷剛
• 申請（專利權）人: 萬國半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及氮化鎵異質結半導體器件，尤其是高反偏擊穿電壓的氮化鎵(GaN)異質結肖特基二極管。

背景技術

肖特基二極管是通過讓金屬接觸半導體層，而形成的一種半導體器件。金屬和半導體層之間的結起到一個整流結的作用，相對于完全在半導體層中形成的p-n結二極管而言，其二極管的開關性能得到了改善。因此，肖特基二極管比p-n結二極管的開啟電壓更低，開關速度更快。在開關損耗占能量消耗的絕大部分的應用中，例如開關電源(SMPS)等，使用肖特基二極管是理想的選擇。

由氮化物半導體材料組成的電子器件如今已廣為人知。這種器件多由III族氮化物材料組成，因此常被稱為III一氮化物半導體器件。由于氮的化合物半導體器件具有帶隙較寬、擊穿電壓較高等特點，致使它們適用于高壓高溫器件，尤其是III-V族氮化鎵(GaN)半導體肖特基二極管，其擊穿電壓很高、導通電阻很低?？墒褂肐II-氮半導體肖特基勢壘二極管，來提升開關電源的工作效率。

使用異質結結構的氮化物半導體器件也已廣為人知。例如，用AlGaN異質結制備的GaN肖特基二極管。在AlGaN異質結肖特基二極管中，要在GaN層上制備一個AlGaN層，以便形成肖特基二極管的陰極區。其中AlGaN層的帶隙要比下面的GaN層的帶隙寬，在異質結界面上會產生二維電子氣。由于這個二維電子氣形成的層中，電子遷移率很高，電阻很小。因此，AlGaN異質結肖特基二極管就比沒有二維電子氣層的器件的導通電阻小得多。

美國公開號為2007/0210335A1，由lkeda等人發明的的專利中，提出了一種GaN半導體器件，使用一個帶有兩種不同陽極金屬的復合陽極，其中第一個陽極電極的肖特基勢壘高度遠小于第二陽極電極。圖1為lkeda等人的發明中的圖1，表示含有一個第一陽極電極17A和一個第二陽極電極17B的一個復合陽極電極17。lkeda等人還提出了一種GaN半導體器件，其中III-V氮化物半導體中的帶隙能量小于周圍的陽極材料，這種III-V氮化物半導體形成的層位于陽極的上層，與第一陽極電極接觸。當施加反向偏壓，并且陽極和陰極之間的電場濃度受到抑制時，lkeda等人提出的GaN半導體器件的導通電阻很低、漏電流很小。

找到一種適用于高壓器件、帶有高擊穿電壓的氮化物半導體肖特基二極管，是十分必要的。

發明內容

依據本發明的一個實施例，氮化鎵半導體二極管包括一個襯底、一個形成在襯底上的GaN層、一個形成在GaN層上的AlGaN層(其中GaN層和AlGaN層形成二極管的陰極區)、一個形成在AlGaN層上的金屬層形成肖特基結(其中金屬層形成二極管的陽極電極)，以及一個形成在AlGaN層頂面中、位于金屬層邊緣下方的高勢壘區。高勢壘區的帶隙能量比AlGaN層的帶隙能量更高，或者說高勢壘區的阻抗比AlGaN層的阻抗更高。

在一個實施例中，氮化鎵半導體二極管還包括一個形成在AlGaN層上的介質層，其中介質層在形成陽極電極的金屬層中有一個開口。在另一個實施例中，在介質層中形成一個場板結構，在金屬層和AlGaN層的交界處包圍著金屬層。這個場板結構還含有減薄厚度的介質層的延伸部分，在金屬層和AlGaN層的交界處延伸到金屬層中。

閱讀上述詳細說明并參考附圖之后，即可較好地掌握本發明。

附圖說明

圖1為美國專利公開號為2007/0210335A1的圖1，表示一種使用復合陽極結構的GaN半導體器件。

圖2表示依據本發明的第一實施例，一種GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖。

圖3表示依據本發明的第二實施例，一種GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖。

圖4表示依據本發明的第三實施例，一種GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖。

圖5表示依據本發明的第四實施例，一種GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖。

圖6表示依據本發明的一個實施例，制備如圖2所示的GaN異質結肖特基二極管的制作流程圖。

圖7表示依據本發明的一個實施例，在圖3和圖5所示的GaN異質結肖特基二極管中，形成場板結構的制作流程圖。

圖8表示依據本發明的一個實施例，在圖4和圖5所示的GaN異質結肖特基二極管中，形成到導電襯底中的通孔結構的制作流程圖。

圖9為在制備的中間過程中的GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖，用來表示依據本發明的第一實施例，高勢壘區的形成過程。

圖10在制備的中間過程中的GaN異質結肖特基二極管的橫截面視圖，用來表示依據本發明的第二實施例，高勢壘區的形成過程。