[發(fā)明專利]一種氮化鎵基肖特基二極管半導(dǎo)體器件及制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710187814.4
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107393969A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽偉倫;梁安杰;羅文健
• 申請（專利權(quán)）人: 香港商莫斯飛特半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11467
• 代理人: 王金雙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種氮化鎵基肖特基二極管半導(dǎo)體器件及制造方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料, 包括 CdS、ZnO、 SiC、GaN、金剛石等。這些半導(dǎo)體材料的禁帶寬度都大于 2.2eV , 在電子器件方面，對 SiC 和 GaN 研究得相對比較成熟, 是目前世界半導(dǎo)體材料和器件研究領(lǐng)域中的熱點。

氮化鎵 (GaN) 禁帶寬度是3.4eV, 寬禁帶使 GaN 材料能夠承受更高的工作溫度，也使 GaN 材料有更大的擊穿電場, 更大的擊穿電場意味著器件能夠承受更高的工作電壓，可以提高器件的功率特性, GaN 也有高的電子飽和漂移速度和高的熱導(dǎo)率, 總的來說，GaN 是可以用來制造高頻，高壓大功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)良材料。

氮化鎵基異質(zhì)結(jié)材料是氮化鎵(GaN) 材料中的重要代表，其延續(xù)了 GaN 材料高擊穿電場、高電子飽和漂移速度等優(yōu)點。A1GaN／GaN 是GaN基異質(zhì)結(jié)材料中的主要結(jié)構(gòu)代表, A1GaN／GaN異質(zhì)結(jié)中，A1GaN為寬禁帶材料，GaN為窄帶材料，兩者形成 I 型異質(zhì)結(jié)，2DEG位于異質(zhì)結(jié)界面的GaN一側(cè)。

AlGaN／GaN 已經(jīng)被大量地應(yīng)用在光電和電子器件方面，這也是推動GaN 材料向高水平和低成本發(fā)展的動力之一, 光電子器件主要包括AlGaN／GaN 多量子阱結(jié)構(gòu)的激光器和發(fā)光管; 電子器件主要聚焦在以 AlGaN／GaN 高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)作為 GaN 基器件的基礎(chǔ)代表, 這結(jié)構(gòu)具有良好的高頻、高功率、耐高溫以及抗輻射性能, 用這結(jié)構(gòu)研制出的器件包括有AlGaN／GaN 異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(AlGaN／GaN HFETS)和 AlGaN／GaN 異質(zhì)結(jié)肖特基二極管等。

在電力電子應(yīng)用方面，自從Infineon公司在1999年投放場截止IGBT, 接下來幾年，各主要生產(chǎn)IGBT的公司都相繼推出類似的產(chǎn)品。從那時起, IGBT 在電學(xué)性能上得到了質(zhì)的飛躍, 發(fā)展迅速并主導(dǎo)了中等功率范圍的市場。隨著功率器件 IGBT 技術(shù)的發(fā)展，IGBT的開關(guān)速度越來越快,在應(yīng)用系統(tǒng)里,具有快速開關(guān)的 IGBT 需要求采用快速的二極管作為續(xù)流二極管。開關(guān)器件IGBT 每一次從開通至關(guān)斷過程中，續(xù)流二極管會由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。而這一過程要求二極管具有快又軟的恢復(fù)特性。在應(yīng)用過程中,希望系統(tǒng)的功耗小,可靠性高和較小的電磁噪聲,這對 IGBT和FRD 都有很高要求,然而，在很長一段時間里，業(yè)界忽視了快速二極管的開發(fā) ,因為 FRD 的性能跟不上,成?為限制整個系統(tǒng)的?效能, 雖然IGBT的性能很好，也無?法發(fā)揮出來，近來快速二極管的作用受到了高度的重視。快恢復(fù)二極管（簡稱FRD），主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調(diào)速器等電子電路中。作為高頻、大電流的續(xù)流二極管、高頻整流二極管或阻尼二極管使用，是極有發(fā)展前途的電力、電子半導(dǎo)體器件。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于pin結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)i，構(gòu)成pin結(jié)構(gòu)。基區(qū)的厚度和摻雜濃度決定了FRD的反向擊穿電壓值（耐壓值）。

快恢復(fù)二極管主要的技術(shù)和性能（即電學(xué)參數(shù)）有（1）擊穿電壓，（2）正向壓降和（3）開通關(guān)斷特性等。快恢復(fù)二極管是一種雙極性的器件

一般來說 , 雙極性器件的正向壓降是與反向恢復(fù)特性相互矛盾的，即改良了正向壓降便會傷害了反向恢復(fù)特性 ，如增加了n- 擴展層的空穴電子對密度，正向壓降會變好，但貯存了更多的電荷會使關(guān)斷時最大反向恢復(fù)電流增大和反向恢復(fù)時間變長，從而使關(guān)斷功耗增大。

最好的快速二極管是肖特基二極管，這是一種單載流子器件，沒有少子貯存效應(yīng)，可是用硅材料做肖特基二極管，因為硅材料的臨界電場( critical field ) 比較低，只能做出有用的單芯片肖特基二極管的最高電壓為200V， 對于600V 和1200V 的應(yīng)用，若需用肖特基二極管，現(xiàn)在只能用碳化硅二極管，但碳化硅肖特基二極管的價錢很高，性價比不理想,在相當(dāng)一段時間，價格很難有大幅度降低。

氮化鎵外延層生長在硅單晶上的技術(shù)已很成熟，現(xiàn)時已有商用產(chǎn)品是用硅單晶襯底的，雖然目前用硅單晶襯底比用藍(lán)寶石貴，但業(yè)界相信，隨著愈來愈多使用硅單晶襯底做 GaN 基異質(zhì)結(jié)的產(chǎn)品和研發(fā)，用硅單晶襯底制備出的外延層的成本會愈來愈平宜和質(zhì)量會愈來愈好，將來應(yīng)該是最有商業(yè)用途的。