[发明专利]基于GaN基异质结构的二极管结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种基于GaN基异质结构的二极管及制作方法。

背景技术

宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，特别是基于GaN基材料的异质结结构具有高的电子迁移率以及高的二维电子气浓度，使得GaN基器件具有低的导通电阻、高的工作频率，能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求，在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步，特别是大直径硅基GaN外延技术的逐步成熟并商用化，GaN功率半导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案，从而受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。

功率二极管是电力电子线路最基本的组成单元，是稳压器、整流器和逆变器中不可或缺的部分，在日常生活中有着非常广泛的应用。随着现代电力电子技术的快速发展，对功率型二极管器件的性能也提出了越来越高的要求。

传统的GaN基肖特基二极管直接在异质结构上制作电极，利用高功函数的金属与结构材料形成的肖特基结来进行整流。但是由于肖特基结形成的高势垒高度以及异质结构之间的带阶，这种结构的二极管往往开启电压较高，从而增大了器件的正向压降。而使用低功函数的肖特基金属，又将带来高反向漏电的问题，使用传统的方法很难同时实现低导通电压和低反向漏电工作。

在本发明以前，为了降低AlGaN／GaN异质结构上肖特基二极管的开启电压，许多研究小组提出了新颖的器件结构模型。如Furukawa公司的S.Yoshida等人提出了一种具有低导通压降，恢复时间短的肖特基二极管结构。采用双重肖特基结构结合的新结构，分别采用高功函数和低功函数金属作为器件的阳极，正向工作得益于低功函数的阳极而实现低导通电压工作，反向利用高功函数阳极实现器件的反向工作。参见文献：Yoshida，S.，et al.(2005).″AlGaN／GaN field effect Schottky barrier diode(FESBD).″physica status solidi(c)2(7)：2602-2606.

2008年，Chen wanjun等人基于复合电极的思想，提出了一种不利用肖特基结整流，而是通过夹断沟道实现整流作用的二极管结构。该结构使用欧姆接触的阳极结合F离子注入的方法，通过肖特基金属下方的F离子注入实现二极管的反向截止工作，而欧姆接触阳极和阴极实现器件的正向导通，最终实现器件的整流作用。参见文献：Chen，W.，K.-Y.Wong，etal.(2008).″High-performance AlGaN／GaN lateral field-effect rectifiers compatible with high electron mobility transistors.″Applied Physics Letters92(25)：253501.

最近，Jae-Gil Lee提出了利用凹栅和欧姆接触阳极结合来实现二极管器件的制作，不同的是采用肖特基金属和凹栅来实现二极管的反向截止；所制作器件开启电压0.38V，同时实现器件的高反向阻断电压。参见文献：Jae-Gil，L.，P.Bong-Ryeol，et al.(2013).″Low Turn-On Voltage AlGaN／GaN-on-Si Rectifier With Gated Ohmic Anode.″Electron Device Letters，IEEE34(2)：214-216。

上述介绍的一些异质结构二极管的实现方法都是利用阳极电极对二维电子气沟道的场效应特性来实现二极管的正向导通、反向截止，不同于传统肖特基二极管必须依靠肖特基势垒来实现整流作用，克服了传统二极管的正向开启电压和反向漏电流之间相互矛盾的关系。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于GaN基异质结构的二极管及制作方法，其与传统的GaN基肖特基二极管相比，可以降低器件的开启电压，同时实现器件低反向漏电和高阻断特性工作。

为实现上述目的，本发明提供一种基于GaN基异质结构的二极管，包括：

一衬底；

一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；

一异质结构势垒层，其制作在缓冲层上；与缓冲层形成二维电子气的异质结构外延层；

一P型盖帽层，其制作在异质结构势垒层上，其两侧形成台面；

一欧姆接触阳极，其制作在异质结构势垒层上，位置在紧挨着台面的一侧；