[发明专利]改良正向传导的氮化镓半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓半导体器件，尤其是改良正向传导的氮化镓(GaN)肖特基二极管。

背景技术

肖特基二极管是通过让金属接触半导体层，而形成的一种半导体器件。金属和半导体层之间的结起到一个整流结的作用，相对于完全在半导体层中形成的p-n结二极管而言，其二极管的开关性能得到了改善。因此，肖特基二极管比p-n结二极管的开启电压更低，开关速度更快。在开关损耗占能量消耗的绝大部分的应用中，例如开关电源(SMPS)等，使用肖特基二极管是理想的选择。

由氮化物半导体材料组成的电子器件如今已广为人知。这种器件多由III族氮化物材料组成，因此常被称为III一氮化物半导体器件。由于氮的化合物半导体器件具有带隙较宽、击穿电压较高等特点，致使它们适用于高压高温器件，尤其是III-V族氮化镓(GaN)半导体肖特基二极管，其击穿电压很高、导通电阻很低。可使用III-氮半导体肖特基势垒二极管，来提升开关电源的工作效率。

但是，与硅肖特基二极管相比，氮化物半导体肖特基二极管还是存在一些不足。硅肖特基二极管采用的是垂直导电路径，而氮化物肖特基二极管经常利用水平导电路径。这是因为氮化物半导体是形成在外延生长在导电或不导电衬底上的绝缘衬底和/或绝缘缓冲层上方。当器件处于正向偏压时，由于正向电流必须流经一个相当长的导电路径，并且电流分布的不均匀性，会使带有水平导电路径的肖特基二极管的开启电阻较高。

图1和图2分别为美国专利号7,084,475B1的专利中的图3A和图6A，表示一种GaN半导体器件。专利7,084,475提出了在指状台面结构上形成肖特基接触的方法。阴极的欧姆接触与指状台面结构相互间隔，缩短了电流流经的距离，从而降低了正向电阻。阴极电极穿过形成在欧姆接触上的焊料隆起焊盘，中心台面区域(图2中的区域626)作为阳极电极的接合焊盘。

发明内容

依据本发明的一个实施例，一个氮化镓半导体二极管包括一个衬底、一个半导体本体包括一个形成在衬底上的第一导电类型的第一GaN层，一个形成在第一GaN层上的第一导电类型的第二GaN层，其中第二GaN层的掺杂浓度低于第一GaN层，半导体本体还包括一个台面结构的图案从下表面中向上伸出，部分下表面延伸到第一GaN层，并且每个台面结构都含有第二GaN层和一部分第一GaN层，一个在台面结构的上表面形成的第一金属层，和第二GaN层一同形成一个肖特基结，一个在下表面形成的第二金属层，用于和第一GaN层形成欧姆接触，一个在第一和第二金属层上方形成的绝缘层，第一套在绝缘层中形成的通孔，以便为第一金属层形成开口，在开口中用通孔金属填充第一套通孔，第二套在绝缘层中形成的通孔，以便为第二金属层形成开口，在开口中用通孔金属填充第二套通孔，一个在绝缘层上方的第三金属层中形成的第一金属焊盘，位于第一套通孔上方，作为一个阳极电极，以及一个在第三金属层中形成的第二金属焊盘，位于第二套通孔上方，作为一个阴极电极。

依据本发明的另一方面，一个氮化镓半导体二极管包括一个导电衬底、一个位于衬底上的绝缘缓冲层、一个半导体本体包括一个形成在绝缘缓冲层上的第一导电类型的第一GaN层，以及一个形成在第一GaN层上的第一导电类型的第二GaN层，其中第二GaN层的掺杂浓度低于第一GaN层，半导体本体还包括一个台面结构从下表面中向上伸出，部分下表面延伸到第一GaN层，并且每个台面结构都含有第二GaN层和一部分第一GaN层，一个在台面结构的上表面形成的第一金属层，和第二GaN层一同形成一个肖特基结，一个在下表面形成的第二金属层，用于和第一GaN层形成欧姆接触，一个在第一和第二金属层上方形成的绝缘层，第一套在绝缘层中形成的通孔，以便为第一金属层形成开口，在开口中用第一通孔金属填充第一套通孔，第二套在绝缘层中形成的通孔，以便为第二金属层形成开口，在开口中用第二通孔金属填充第二套通孔，一个在绝缘层上方的第三金属层中形成的第一金属焊盘，位于第一套通孔上方，作为一个阳极电极，以及一个在第三金属层中形成的第二金属焊盘，位于第二套通孔上方，作为一个阴极电极。

参考以下详细说明及附图，有助于更好地理解和掌握本发明。

附图说明

图1为美国专利号7,084,475 B1的专利中的图3A，表示一个GaN半导体器件。

图2为美国专利号7,084,475 B1的专利中的图6A，表示一个GaN半导体器件。

图3表示依据本发明的第一实施例，一个GaN肖特基二极管的透视图。

图4表示依据本发明的一个实施例，图3所示的GaN肖特基二极管的俯视图。