[發明專利]基于場板和P型GaN帽層的RESURF GaN基肖特基勢壘二極管

在審

• 申請號: 201810494815.8
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108682625A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 鄭雪峰;白丹丹;王士輝;吉鵬;李綱;董帥;馬曉華;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285;H01L29/06;H01L29/20;H01L29/47;H01L21/329;H01L29/872
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王海棟

本發明涉及一種基于場板和P型GaN帽層的RESURF GaN基肖特基勢壘二極管，包括：襯底層，所述襯底層上的緩沖層，所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層上的勢壘層，所述勢壘層兩端的陰極和復合陽極，與所述復合陽極相連且位于所述勢壘層上的P型GaN帽層，與所述復合陽極相連且位于所述P型GaN帽層上的基極，覆蓋在所述勢壘層、所述P型GaN帽層、所述基極、所述復合陽極、所述陰極上的鈍化層，其中，所述陰極為陰極歐姆接觸，所述復合陽極包括陽極歐姆接觸和陽極肖特基接觸。本發明實施例引入P型GaN帽層和基極，并采用復合陽極，制備出具有低正向開啟電壓、高反向擊穿電壓的GaN基肖特基勢壘二極管。

技術領域

本發明屬于半導體領域，具體涉及一種基于場板和P型GaN帽層的RESURF GaN基肖特基勢壘二極管。

背景技術

隨著微電子技術的發展，傳統第一代Si半導體和第二代GaAs半導體功率器件性能已接近其材料本身決定的理論極限。進一步減少芯片面積、提高工作頻率、降低導通電阻、提高擊穿電壓等性能成為了國內外研究的焦點。而以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料近年來在制備高性能功率器件方面脫穎而出，應用潛力巨大。GaN基肖特基勢壘二極管是替代Si基肖特基勢壘二極管的理想器件。然而，目前GaN基肖特基勢壘二極管器件從理論到工藝技術都存在很多不足，其性能遠未達到應有的水平。因此，GaN基肖特基勢壘二極管器件還有很大的開發潛力。

為了充分利用GaN材料的高臨界擊穿電場等優異特性，現有技術提出了以下兩種方法來提高GaN基肖特基勢壘二極管器件的耐壓特性。場板技術是一種傳統的用來改善器件耐壓的常用終端技術。GaN基肖特基勢壘二極管中場板的基本結構是通過淀積、光刻以及刻蝕的方法，在肖特基金屬電極外圍制備一層介質薄膜，將肖特基電極適當延伸到介質的上方，從而在電極外圍形成一圈金屬-絕緣層-半導體結構。場板結構通過改變陽極(肖特基電極)邊緣耗盡層邊界的彎曲程度，從而改變耗盡層中的電場分布，降低峰值電場強度，來提高器件的擊穿電壓。然而場板的引入會使器件寄生電容增大，影響器件的高頻和開關特性。保護環結構也是目前GaN基肖特基勢壘二極管(特別是垂直結構的器件)中普遍采用的結構之一。這種工藝首先采用局部氧化的辦法，在肖特基接觸的邊緣形成一層氧化層，然后在此基礎上擴散或者離子注入形成一層P型保護環結構。保護環結構可有效調制器件表面電場，使器件橫向電場分布更加均勻，從而提高器件的擊穿電壓。但是保護環結構的實現依賴于在半導體材料中進行精確可控的局部摻雜，一般要通過熱擴散或者離子注入技術來實現。對于GaN材料，P型雜質(如Mg)在GaN中的擴散系數非常低，以致無法用熱擴散的方法實現準確的局部摻雜；而離子注入技術尚未成熟，其導致的晶格損傷很難用退火的方法來消除。

綜上所述，在傳統的GaN基肖特基勢壘二極管中，肖特基接觸勢壘會影響器件的正向開啟電壓及反向耐壓，且很難同時滿足二者實現較高的性能指標，這使得器件在設計及工作時，正向損耗及耐壓能力之間存在折衷。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于場板和P型GaN帽層的RESURF GaN基肖特基勢壘二極管。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種基于場板和P型GaN帽層的RESURF GaN基肖特基勢壘二極管，包括：襯底層，所述襯底層上的緩沖層，所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層上的勢壘層，所述勢壘層兩端的陰極和復合陽極，與所述復合陽極相連且位于所述勢壘層上的P型GaN帽層，與所述復合陽極相連且位于所述P型GaN帽層上的基極，覆蓋在所述勢壘層、所述P型GaN帽層、所述基極、所述復合陽極、所述陰極上的鈍化層，其中，所述陰極為陰極歐姆接觸，所述復合陽極包括陽極歐姆接觸和陽極肖特基接觸。

在本發明的一個實施例中，所述P型GaN帽層的長度不超過所述陰極歐姆接觸與所述復合陽極之間距離的一半。