[发明专利]一种氮化镓基肖特基势垒整流器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种氮化镓基肖特基势垒整流器。

背景技术

随着高铁、电动车技术的发展与普及，对更高性能的电力电子器件的需求不断提高。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，由于其高击穿场强高、良好的导热性等特点，使用宽禁带半导体材料制备的电力电子器件可以工作在更高的电压、更高的温度下，这使得宽禁带半导体材料成为了电力电子器件领域的研究热点。

半导体材料常使用离子注入工艺，在选定的区域内引入杂质粒子，这些杂质粒子具有浅能级，在常温时即可电离产生载流子，用这种方法来调制半导体材料不同区域的电阻。此外，这些掺杂区的载流子在电场下耗尽后，剩余的电离杂质产生的空间电荷区可以产生和电场方向相反方向的内建电场，作为承受电压的机构来耗尽电场。对于氮化镓材料，这种浅能级杂质离子的注入工艺存在两个问题：一个问题是注入产生的大量晶格损伤需要极高的退火温度，而这样的高温又会使氮化镓表面性质发生退化，影响器件的性能；另一个问题是对氮化镓材料注入后退火的离子激活率很低，无法有效地通过注入工艺得到需要的掺杂浓度。这两个技术问题限制了浅能级注入工艺在氮化镓器件设计中的应用。

为了解决氮化镓材料浅能级掺杂工艺的难题，本发明使用了一种新的技术方案来代替浅能级注入掺杂工艺，可以避免高温退火带来的技术问题。在AlGaN/GaN异质结结构中，如果AlGaN中的铝组分在某一区域内连续变化，其极化电荷分布在整个铝组分变化的区域内，进而可以在AlGaN/GaN异质结结构区域内产生类似于二维电子气的体电子分布。本发明利用了相似的技术手段，利用变铝组分的AlGaN/GaN异质结结构产生极化电荷，取代一般的掺杂引入的浅能级电荷。极化电荷与浅能级掺杂引入的杂质电荷相似，可以调制半导体材料的电阻率，也可以在电场下作为空间电荷承受电压。然而，与浅能级掺杂引入的载流子相比，极化电荷引入的电子处于导带，不需要额外的激活能，所以在极低的温度下也不会有载流子冻结效应，使整流器可以工作在较低的温度下。

此外，由于整流器的电场最强位置一般在表面肖特基势垒处，故反向耐压时，容易因为肖特基势垒击穿导致器件失效。本发明的整流器使用了金属氧化物沟槽设计，将反向承受电压时漂移层中电场最强的位置由肖特基势垒处移动到了沟槽底面处，因此本发明整流器的肖特基势垒可以承受更高的电压，进而增大了本发明整流器整体的耐压水平。

进一步地，引入金属氧化物沟槽后，沟槽底面电场最强的位置会因为金属氧化物沟槽中氧化物的耐压极限而限制耐压水平，本发明利用了变铝组分的AlGaN/GaN异质结结构产生的极化电荷的浓度易于调制的优点，通过一个二次函数调制了AlGaN/GaN异质结结构中的铝组分，使产生的极化电荷延深度方向逐渐升高。这个设计的引入，可以使漂移层内电场的分布变得很平滑，没有明显的尖峰，使金属氧化物沟槽中氧化物的耐压极限不再成为限制器件耐压水平的条件，因而可以进一步地增加整流器的反向耐压水平。

因此，本发明的实施例提供一种氮化镓基肖特基势垒整流器，利用空间极化电荷区作为漂移层，使用了金属氧化物沟槽的设计结构，并且调制了异质结结构中的铝组分，与同类整流器产品相比，具有反向耐高压、工作温度低的优点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氮化镓基肖特基势垒整流器，可以解决上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种氮化镓基肖特基势垒整流器，包括：

连通层；

位于所述连通层一侧的漂移层，该漂移层为单层或多层复合结构，其中的一层或多层材料的组分沿深度方向按预设调制函数改变，所述漂移层与所述连通层形成异质结结构，使所述漂移层内产生极化电荷；

在所述漂移层远离所述连通层一侧表面刻蚀后沉积形成的金属氧化物沟槽；

位于所述漂移层远离所述连通层一侧的阳极金属；以及

位于所述连通层远离所述漂移层一侧的阴极金属。

优选地，所述漂移层中的一层或多层，其材料为铝镓氮、铟镓氮或任意可与所述连通层形成异质结机构的类似物，材料的铝组分或其他某组分的数值沿深度方向依照预设调制函数变化，变化范围在0至1之间。

优选地，所述连通层为单层或多层复合结构，其中一层或多层为氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、氮化铝或任意可与所述漂移层形成异质结结构的类似物。

优选地，所述连通层包括衬底、缓冲层和通道层，所述氮化镓基肖特基势垒整流器还包括：