[发明专利]基于P-GaN帽层和叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于P‑GaN帽层和叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法，二极管包括衬底，依次位于衬底上的AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、SiN钝化层；阴极，沉积有第一欧姆金属，贯穿SiN钝化层且位于AlGaN势垒层上；阳极包括第一结构(肖特基凹槽结构)和第二结构(混合阳极结构)，第一结构包括P‑GaN帽层上方和凹槽内均沉积的若干阳极金属，第二结构包括若干第二欧姆金属，以及P‑GaN帽层和若干第二欧姆金属上方均沉积的若干阳极金属，第一结构和第二结构交替分布呈叉指结构。本发明器件阳极采用混合阳极加肖特基凹槽的交叉排列结构，有效避免电子由阳极从缓冲层转移至阴极，提高了器件的反向击穿性能。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于P-GaN帽层和叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode简称SBD)利用金半接触原理制成，是一种热载流子二极管。由于肖特基势垒二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响应速度仅受RC时间常数限制，因此它是高频和快速开关的理想器件。其多用于低压领域，常见于太阳能电池、笔记本电脑和智能手机的电池充电器等场所。

GaN基材料具有禁带宽度大、击穿电压高、电子迁移率高和电子饱和漂移速度高等一系列优异的性能，是制备新一代高性能电力电子器件的首选材料，具有广阔的应用前景。特别的，AlGaN/GaN异质结界面处由于自发极化和压电极化效应产生了高浓度的二维电子气(2DEG)，使得GaN基器件有大的电流驱动能力，且兼具有高耐压、高功率密度、高开关频率等诸多优势。为了应用于更为复杂的工作环境，实现更高的系统效率，横向结构的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管成为了研究的热点，其凭借独特的材料结构优势，能大幅提高肖特基势垒二极管的反向击穿电压。然而，由于GaN基材料的禁带宽度较大，导致其正向导通电压较高，这不可避免的会增大有功功率的损耗，在长期的高频大功率工作环境下，这会造成极大的功率浪费。

为了使AlGaN/GaN基SBD兼顾低导通电压、高反向击穿电压的双重指标，国内外相关领域的专家学者展开了旷日持久的研究工作。目前，较为成熟的主流优化方案主要有：1、凹槽阳极技术；2、混合阳极技术；3、场板技术等。比如，2019年Qinglei Bu等人在“Experimental Comparison of AlGaN/GaN-on-Si Schottky Barrier Diode With andWithout Recessed Anode”中，通过比较Si基AlGaN/GaN肖特基势垒二极管有无凹槽阳极的试验方案，得出了结论：凹槽阳极SBD不仅在降低体泄漏电流方面有优势，而且在增加SBD的正向导通电流(即减小正向导通电压)方面同样有优势，这主要归因于凹槽阳极SBD降低了肖特基势垒的高度，增加了隧穿的可能性，另外，当AlGaN势垒层完全移除后，串联电阻显著降低，最终，在L_AC＝24um时，实现了器件的开启电压V_T＝0.75V、反向击穿电压V_BR＝462V；2018年X.Kang等人在“Recess-free AlGaN/GaN lateral Schottky barrier controlledSchottky rectifier with low turn-on voltage and high reverse blocking”中提出了一种无凹槽结构的混合阳极AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，其工作原理为：当器件工作在正向偏压时，通过利用欧姆电极与肖特基电极共同导电，有效降低了开启电压，即器件的开启电压由沟道的阈值电压决定而不受肖特基势垒高度的影响，最终，在L_AC＝10μm时，实现了器件的开启电压V_T＝0.37V，反向击穿电压V_BR＝1700V(@10μA/mm)；2015年，Mingda Zhu等人在“1.9-kV AlGaN/GaN Lateral Schottky Barrier Diodes on Silicon”中，介绍了一种具有凹槽阳极和双场板的AlGaN/GaN横向肖特基势垒二极管，双场板结构有效地调制了沟道电场，抑制了阳极边缘处的电场尖峰，使器件拥有理想的反向击穿性能，最终，器件在阴阳间距为25μm时，实现了低的导通电阻R_ON，SP(5.12mQ·cm²)、低的导通电压(＜0.7V)以及高反向击穿电压(＞1.9KV)。