[发明专利]一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管

说明书

本发明涉及一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底、位于衬底上的缓冲层和位于缓冲层上的沟道层；位于沟道层上的复合势垒层，包括第一势垒层、第二势垒层和第三势垒层；位于第一势垒层上的阴极；位于第二势垒层上的复合阳极，包括阳极欧姆接触和阳极肖特基接触；位于第三势垒层上的P型GaN帽层；位于P型GaN帽层上的基极；覆盖在复合势垒层、P型GaN帽层、阳极肖特基接触和基极上的钝化层。本发明实施例的GaN基肖特基势垒二极管通过引入复合势垒层、P型GaN帽层、基极和复合阳极，在提高器件击穿电压的同时减小了器件的开启电压，改善了器件的击穿特性和可靠性。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管。

背景技术

随着微电子技术的发展，传统第一代Si半导体和第二代GaAs半导体功率器件性能已接近其材料本身决定的理论极限，而以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，由于具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度，且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点，在制备高性能功率器件方面脱颖而出，在二极管领域应用潜力巨大。

GaN基肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode，SBD)是替代Si基肖特基势垒二极管的理想器件。然而，目前GaN基SBD器件从理论到工艺技术都存在很多不足，其性能远未达到应有的水平。因此，GaN基SBD器件还有很大的开发潜力。

为了充分利用GaN材料的高临界击穿电场等优异特性，现有技术提出了以下两种方法来提高GaN基SBD器件的耐压特性。第一种是通过场板结构来提高GaN基SBD器件的耐压特性，场板技术是一种传统的用来改善器件耐压的常用终端技术。GaN基SBD器件中场板的基本结构是通过淀积、光刻以及刻蚀的方法，在肖特基金属电极外围制备一层介质薄膜，将肖特基电极适当延伸到介质的上方，从而在电极外围形成一圈金属-绝缘层-半导体结构。场板结构通过改变阳极(肖特基电极)边缘耗尽层边界的弯曲程度，从而改变耗尽层中的电场分布，降低峰值电场强度，来提高器件的击穿电压。然而场板的引入会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性。第二种是通过保护环结构来提高GaN基SBD器件的耐压特性，保护环结构也是目前GaN基SBD器件(特别是垂直结构的器件)中普遍采用的结构之一。这种工艺首先采用局部氧化的办法，在肖特基接触的边缘形成一层氧化层，然后在此基础上扩散或者离子注入形成一层P型保护环结构。保护环结构可有效调制器件表面电场，使器件横向电场分布更加均匀，从而提高器件的击穿电压。但是保护环结构的实现依赖于在半导体材料中进行精确可控的局部掺杂，一般要通过热扩散或者离子注入技术来实现。对于GaN材料，P型杂质(如Mg)在GaN中的扩散系数非常低，以致无法用热扩散的方法实现准确的局部掺杂；而离子注入技术尚未成熟，其导致的晶格损伤很难用退火的方法来消除。

综上所述，现有技术在提高传统GaN基SBD器件的耐压特性的同时会影响器件的其他性能；并且在传统GaN基SBD器件中，肖特基接触势垒会同时影响器件的正向开启电压及反向耐压，使得二者很难同时实现较高的性能指标。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于场板和复合势垒层的GaN基肖特基势垒二极管，包括衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的沟道层，还包括：

第一势垒层，位于所述沟道层上；

第二势垒层，位于所述沟道层上；

第三势垒层，位于所述沟道层上并且设置在所述第一势垒层和所述第二势垒层之间，所述第一势垒层、所述第二势垒层和所述第三势垒层共同形成复合势垒层；

阴极，位于所述第一势垒层上；

阳极欧姆接触，位于所述第二势垒层上；