[发明专利]一种提高GaN L-FER反向击穿电压的器件结构及实现方法

说明书

本发明公开了一种提高GaN L‑FER反向击穿电压的器件结构及其制作方法，所述结构包括衬底、GaN或AlN缓冲层、本征GaN沟道层、本征AlGaN势垒层、介质钝化层、阳极双肖特基接触以及阴极欧姆接触。在衬底上外延生长AlGaN/GaN异质结材料，并在该结构上形成欧姆接触、平面隔离之后，进一步形成双肖特基接触的阳极结构，最后淀积钝化层实现器件的钝化。本发明利用双肖特基接触的阳极结构，肖特基接触对反向击穿过程中的高压起到了一定的屏蔽作用，从而减少了从阳极经由器件沟道势垒层或者缓冲层注入到阴极的漏电流，进而提高了器件的反向击穿电压。本发明实现方法简单，能大幅度提高GaN L‑FER的反向击穿电压从而拓宽了其在电力电子领域中的应用。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及GaN电力电子器件制作

背景技术

近年来，氮化镓材料由于禁带宽度大、击穿电场强、热导率高、饱和速度大等良好性能而引起了广泛关注。氮化镓材料中AlGaN/GaN异质结强极化效应形成的极高浓度二维电子气在高速、高功率及耐压电子器件领域扮演着重要的角色。

整流特性在电子系统中有重要的作用，作为一种多子器件,氮化镓横向场效应整流管(L-FER)响应速度很快,具有广阔的应用前景。然而尽管拥有良好的材料特性和异质结特性，GaN L-FER的反向击穿电压仍然远低于理论上的极限值，这极大的限制了其在电力电子领域中的应用。

传统GaN L-FER结构中，阴极和阳极的欧姆接触直接在二维电子气上形成，反向关断完全依赖阳极肖特基栅。在反向高压下，阳极栅下方的势垒受阴极电势的影响而大幅降低，导致阴阳极直接穿通，即所谓的漏致势垒降低(DIBL)效应，导致反向漏电大幅上升，这种效应在短沟道器件中尤为明显。

目前提高GaN L-FER反向击穿电压的方法主要有：1.增加阳极栅长以抑制DIBL效应，但L-FER阳极栅下方沟道为常关型，常关型沟道延长势必会提高二极管的导通电阻影响其正向电流特性；2.在短沟道器件中增加常开型沟道，在反偏情况下，常开型沟道能够分担施加在常关型沟道上的反向偏压，该法能抑制反向漏电提高击穿电压但增加了整流管尺寸，电容增加导致反应速度下降。

发明内容

本发明的目的在于用更简单的方法提高GaN L-FER的反向击穿电压。在深入探索GaN L-FER反向击穿机制的基础上，从器件结构设计的角度出发，在传统的GaN L-FER结构上进行改进，在阳极形成双肖特基接触的混合阳极结构，以实现高击穿电压的GaN L-FER，满足GaN基二极管对高反向电压的应用需求。

本发明的技术思路如下：传统L-FER依赖阳极肖特基栅发挥整流的作用，其开启电压由常关型沟道导通的阈值电压决定，在长沟道L-FER(栅长大于2微米)中，其击穿电压与阴阳极之间的距离成正比，这说明雪崩击穿是长沟道L-FER击穿的主要机制；而在短沟道L-FER(栅长小于1微米)中，击穿电压与阴阳极距离不再呈现简单的线性关系，短沟道器件的击穿电压远远低于同尺寸的长沟道器件，Sentaurus TCAD仿真结果显示:短沟道L-FER在反向高压下，阳极栅下部沟道能带发生明显弯曲，势垒形状改变同时势垒高度大幅降低，由此说明短沟道L-FER击穿主要是由DIBL效应引起的，再加上阳极欧姆接触形成过程中损伤不可避免，反向高压下，阳极欧姆注入使得传统L-FER反向性能进一步恶化。依照此击穿机制，可以将传统L-FER结构中阳极欧姆接触改成低功函数的肖特基接触，在反向偏压下，肖特基接触下方的二维电子气可以屏蔽一部分电压，同时也从根本上消除了阳极欧姆注入从而抑制阴阳极穿通。同时通过选择合适的材料，使得低功函数肖特基势垒的导通电压与常关型沟道导通的阈值电压大致相当，从而保证经过改进的L-FER在反向击穿电压提高的同时正向性能并没有恶化。