[发明专利]氮化物PN结肖特基二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化物PN结肖特基二极管，主要解决现有垂直型氮化物肖特基二极管击穿电压低的问题。其自下而上包括阴极(5)、衬底(1)、nsupgt;+/supgt;Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N传输层(2)、钪钇铝氮/氮化镓叠层结构(3)、钪钇铝氮/氮化铝叠层结构(4)及阳极(6)。这两个叠层结构(3，4)中的氮化物材料与钪钇铝氮材料依次周期性生长，每层钪钇铝氮厚度为3nm‑50nm，组分保持不变，两者的总厚度和周期相同或不同，且整体钪组分为0％‑35％，钇组分为0％‑25％。本发明利用氮化物材料极化效应形成垂直PN结，利用ScYAlN铁电极化效应提高反向耐压，降低了反向漏电，提高了击穿电压，可用于微波整流和功率开关电路。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种垂直结构氮化物PN结肖特基二极管，可用于微波整流和功率开关电路。

背景技术

肖特基二极管是利用金属和半导体接触形成金属-半导体结而制成的电子器件，具有低导通电压和高开关频率的特点。肖特基二极管器件分为横向结构和垂直结构，横向结构肖特基二极管击穿电压的提升需要增加阴极和阳极间距，会消耗更大的芯片面积。相比之下，垂直结构肖特基二极管仅需通过增加漂移层厚度，而不增加器件横向尺寸即可提高击穿特性。同时，垂直结构肖特基二极管依靠体材料导电，导电通道宽、电流密度大、不易受表面态影响、具有更好的动态特性。

III族氮化物材料由于其具有高的击穿场强和高的介电常数，在射频微波功率器件和高压功率开关器件中得到了广泛应用。基于GaN材料的垂直结构肖特基二极管凭借其优异的材料特性与结构特点受到了广泛的研究。

传统的垂直结构GaN肖特基二极管器件如图1所示，其自下而上包括阴极、衬底、传输层、漂移层和阳极。当该器件处于反向偏压状态时，漂移层中电场强度自上而下逐渐减小，漂移层上方靠近阳极部分存在极高的电场峰，导致器件击穿电压远低于理论值。针对传统的GaN垂直结构肖特基二极管击穿电压低，不能满足实际应用需求的问题，现有技术主要通过调整GaN漂移层材料的掺杂浓度、设计阳极场板终端结构、界面优化等方案来解决。

2021年，西安电子科技大学在申请号为CN202110658267的专利文件中公布了一种基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管及其制备方法，该器件对传统的垂直结构GaN肖特基二极管进行改进，即在传统垂直结构GaN肖特基二极管的漂移层与阳极之间插入原位生长的介质层，通过提高界面质量来减小漏电，从而提高击穿电压。但该方法仅改变了界面质量，并未提高漂移层自身的耐压能力，无法实现更高的击穿电压。

2020年，新加坡南洋理工大学在文章《Improved breakdown voltage invertical GaN Schottky barrier diodes on free standing GaN with Mg-compensateddrift layer》中报道了一种改变漂移层掺杂的垂直结构肖特基二极管。该器件在传统的垂直结构GaN肖特基二极管的基础上，通过对漂移层进行Mg补偿掺杂制作出击穿电压为1480V的氮化镓肖特基二极管。但该方法使器件正向导通电阻急剧增加，且该方法未解决漂移层电场不均的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种垂直结构氮化物PN结肖特基二极管及制备方法，以提高漂移层的反向耐压能力和器件反向击穿电压，改善器件可靠性。

本发明的技术方案是这样实现的：

1、一种氮化物PN结肖特基二极管，自下而上，包括阴极、衬底、n⁺Al_xGa_1-xN传输层和阳极，其特征在于：