[發(fā)明專利]二極管以及包括該二極管的組件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410333643.8
• 申請日: 2009-12-03
• 公開（公告）號: CN104201210B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳毅鋒;烏梅什·米什拉;普里米特·帕里克;儲榮明;伊蘭·本-雅各布;申立坤
• 申請（專利權(quán)）人: 特蘭斯夫公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 戚傳江,穆德駿

本申請是申請日為2009年12月3日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/066647、國家申請?zhí)枮?00980156127.X、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)”的中國專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子器件，具體地涉及基于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的肖特基二極管。

背景技術(shù)

二極管被用于廣泛的電子電路中。在高壓開關(guān)應(yīng)用的電路中使用的二極管理論上要求下面的特性。當(dāng)反向偏置時(即，陰極處于比陽極更高的電壓)，二極管應(yīng)該能夠耐受大電壓，而同時允許盡可能少的電流通過。必須耐受的電壓量取決于應(yīng)用；例如，許多高功率開關(guān)應(yīng)用要求二極管能夠耐受至少600V或至少1200V的反向偏壓，而沒有大量電流通過。當(dāng)電流正向流過二極管時(從陽極到陰極)，二極管兩端的正向電壓降V_on應(yīng)該盡可能小，以最小化傳導(dǎo)損耗，或者換句話說二極管導(dǎo)通電阻R_on應(yīng)該盡可能小。最后，當(dāng)二極管被反向偏置時在二極管中存儲的電荷量應(yīng)該盡可能小，以減少二極管兩端的電壓改變時電路中的瞬時電流，由此減小了開關(guān)損耗。

在二極管中，一般在上述各種特性之間存在平衡。例如，硅肖特基二極管一般可以顯示出優(yōu)良的開關(guān)速度和導(dǎo)通態(tài)性能，但是要遭受大反向漏電流，使其不適合高壓應(yīng)用。相反，高壓Si PIN二極管可以耐受大反向偏置電壓，具有低漏電流，但是一般顯示出高導(dǎo)電和開關(guān)損耗。此外，PIN二極管中的反向恢復(fù)電流增加了晶體管在電路中損耗。

在圖1和2中示出了典型的肖特基二極管的視圖。圖1示出了垂直二極管結(jié)構(gòu)。層2和4由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其中層2是重?fù)诫s的，而層4是輕摻雜的。金屬層7與層4形成肖特基陽極接觸，并且金屬層8與層2形成歐姆陰極接觸。增加有源器件面積和/或降低半導(dǎo)體層4的厚度，可減小正向操作電壓V_on，但是會增加反向偏置泄漏。

圖2a和2b示出了橫向二極管結(jié)構(gòu)，其中圖2a是二極管結(jié)構(gòu)的截面圖，而圖2b是二極管結(jié)構(gòu)的平面圖(頂視圖)。層12和14由相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成(即，它們都是n型或都是p型)，其中層12是重?fù)诫s的，而層14是輕摻雜的。金屬層17與層14形成肖特基接觸，而金屬層18與層2形成歐姆接觸。當(dāng)陽極和陰極的平面結(jié)構(gòu)需要封裝時，或當(dāng)在絕緣襯底上外延生長半導(dǎo)體材料時，幾何形狀優(yōu)選為垂直的。由于正向電流必須通過的區(qū)域19的附加橫向電阻，橫向幾何形狀的導(dǎo)通電阻R_on一般比垂直幾何形狀的導(dǎo)通電阻R_on大。另外，作為正向電流橫向向外流過非零表面電阻的層12的結(jié)果，流過14的電流易于向臺面的邊緣聚集，由此進(jìn)一步增加了導(dǎo)通電阻。

在標(biāo)準(zhǔn)的肖特基二極管中，當(dāng)二極管被反向偏置時會產(chǎn)生肖特基勢壘下降，導(dǎo)致增加的反向偏置電流。在圖3a和3b的圖中示意性示出了圖1中二極管的肖特基勢壘下降。圖3a和3b是沿著圖1中的虛線117的能帶圖，其中圖3a對應(yīng)于施加零偏置，即，陽極接觸7和陰極接觸8處于相同的電壓，而圖3b對應(yīng)于反向偏置V_R，即陽極接觸7處于比陰極接觸8低的電壓。結(jié)構(gòu)中的電場與圖3a和3b中的導(dǎo)通帶E_C的斜率成正比。圖3b中的肖特基勢壘高度，(Φ_B)_R，比圖3a中的勢壘高度，(Φ_B)₀，低△Φ_B，其中△Φ_B隨著在V_R增加時出現(xiàn)的金屬-半導(dǎo)體結(jié)附近的最大電場的增加而增加。當(dāng)該器件兩端的反向電壓增加時，肖特基勢壘的這種下降會導(dǎo)致增加的反向偏置電流。

希望提供在保持低的導(dǎo)通電阻的同時可以實(shí)現(xiàn)高阻擋電壓的二極管。對于工藝集成和降低成本，希望可以容易與其它電路部件如晶體管集成的二極管結(jié)構(gòu)。另外，由于可以潛在地實(shí)現(xiàn)低的反向漏電流，所以希望肖特基勢壘下降減緩的肖特基二極管。

發(fā)明內(nèi)容

描述了具有低導(dǎo)通電阻、高擊穿電壓和低反向漏電流的半導(dǎo)體肖特基二極管。這里描述的器件能夠二維電子氣(2DEG)，以減小導(dǎo)通電阻和導(dǎo)電損耗，并且可以包括一個或多個下面的特征。二極管可以包括一個場極板或多個場極板，以增加擊穿電壓。二極管可以包括肖特基勢壘，其在反向偏置操作期間不下降。二極管可以與半導(dǎo)體晶體管集成在同一襯底上。