[发明专利]异质结构场效应二极管及制造方法

说明书

技术领域

本发明属于功率型半导体器件领域，尤其涉及一种异质结构场效应二极管及制造方法。

背景技术

功率型肖特基二极管作为稳压器、整流器、逆变器中不可或缺的组成部分，在日常生活中的应用越来越广泛，主要涉及高压供电、电能管理、工厂自动化和机动车能量分配管理等诸多领域。同时随着功率型肖特基二极管在电力电子领域的应用越来越广泛，对其性能也提出了越来越高的要求。

目前的功率型肖特基二极管主要采用Si基材料。但由于Si材料禁带宽度、电子迁移率等材料方面特性的限制，硅基功率器件的性能已经接近其理论极限，不能满足当今高温、高频、大功率方面的需求。为了提高器件性能，突破Si材料的理论极限，人们已着手寻找具有更优性能的材料。

以GaN、SiC为代表的宽禁带半导体凭借其材料方面的优势，成为当前替代Si材料的研究热点。其中GaN作为新型III-V化合物半导体材料，具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特点，非常适合高温、高频、大功率等方面应用。同时基于GaN异质结构的大能带带阶以及压电极化和自发极化效应可产生高浓度的2DEG。如AlGaN/GaN异质结中的2DEG，二维电子气面密度可达1013cm－2数量级，比AlGaAs/GaAs异质结高出一个数量级。结合GaN材料高的临界击穿场强，使AlGaN/GaN异质结构材料非常适用于器件大功率方面的应用。

基于宽禁带半导体材料的以上优势，对于耐高温、高击穿电压、大功率肖特基二极管的研究具有广泛的应用前景。目前对于功率型肖特基二极管的研究不仅在于实现低反向漏电流、高反向击穿电压、大电流工作，同时要求具有低的开启电压。

为了实现上述目的，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导通电压低、恢复时间短、反向击穿电压高的场效应肖特基二极管（FESBD）。该研究小组对接触层采用选择区域生长的方法实现对Ohmic电极接触层部分的n型GaN生长，有利于进一步减小器件导通电阻。同时采用双重肖特基结构相结合的新颖结构，低肖特基势垒部分选用Ti/Al低功函数金属，高肖特基势垒部分选用Pt高功函数金属，实现了开启电压低于0.1V的，反向击穿电压高于400V。其工作原理为：当施加正向偏压时，利用AlGaN/GaN异质结面产生2DEG沟道，电流从低肖特基势垒电极流向Ohmic电极，由于采用Ti/Al低功函数金属，肖特基势垒高度很低，因此具有较低的开启电压特性；（2）当施加反向偏压时，利用高势垒肖特基电极对AlGaN/GaN异质结构的场效应作用，对沟道进行有效的关断。参见文献：S. Yoshida, et al., AlGaN/GaN field effect Schottky barrier diode (FESBD),  phys. stat. sol. (c), vol.2, no.7, pp.2602-2606, 2005。     

基于采用复合电极的相同思想，Sharp公司的Takatani等人提出了一种基于AlGaN/GaN异质的Schottky-Ohmic复合型电极场效应二极管（SOCFED）。 为了实现低导通电压，他们采用了氟离子处理阳极电极下方的AlGaN势垒层的方法。该方法通过对阳极电极下方AlGaN层的氟阴离子注入来实现对该部分AlGaN/GaN异质结二维电子气的完全耗尽，从而得到接近0V的开启电压，以及高于200V的击穿电压。参见文献：K. Takatani,et al., AlGaN/GaN Schottky-ohmic combined anode field effect diode with fluoride-based plasma treatment,  ELECTRONICS LETTERS, vol.44, no.4, 2008。

上述介绍的一些异质结构场效应二极管实现方法都是利用阳极电极对异质结界面二维电子气导电沟道的场效应特性。现有的肖特基二极管主要是通过肖特基势垒来实现整流特性，若增大肖特基势垒，则正向导通电压增大，反向偏压时漏电流减小，耐压增大。正向导通电压与反向漏电流之间为相互矛盾的关系。故用传统方法很难同时实现低导通电压、低反向漏电流特性。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种异质结构场效应二极管及制造方法，本发明实现低正向导通电压、低反向漏电流、高反向阻断电压的特性。