[发明专利]基于P-GaN帽层和浮空金属环的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件

说明书

本发明公开了一种基于P‑GaN帽层和浮空金属环复合结构的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件，包括衬底、依次设置在衬底上的GaN缓冲层和沟道层、AlGaN势垒层和钝化层，其中，AlGaN势垒层上表面的相对两侧分别设置有阳极和阴极，阳极与阴极之间的AlGaN势垒层上设置有至少一个组合结构，组合结构包括第一P型GaN帽层、第二P型GaN帽层和浮空金属环；第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层间隔设置在AlGaN势垒层上，浮空金属环覆盖在第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层的上表面以及第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层之间的AlGaN势垒层上。该器件采用P‑GaN帽层与浮空金属环结合的结构，抑制电场集中效应，减弱了峰值电场，使得电场横向分布更加均匀，从而反向提高击穿电压。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于P-GaN帽层和浮空金属环的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件。

背景技术

随着微电子技术的发展，以GaN为代表的第三代宽禁带化合物半导体材料凭借着高临界击穿场强、高热导率、高饱和电子速度以及良好的耐高温和抗辐射等特性，在功率器件方面展现出极大的潜力。理论上Si的临界击穿电场强度为0.6MV/cm，而GaN的临界击穿电场强度为Si的5倍以上，因此在相同的面积下，GaN可以承受更高的电压，获得更大的功率。

目前，GaN基肖特基二极管主要分为：GaN基体材料肖特基二极管与AlGaN/GaN异质结肖特基二极管。相对于GaN基体材料肖特基二极管，AlGaN/GaN异质结肖特基二极管凭借着极化效应产生的二维电子气2DEG，拥有较大的正向电流，然而，由于边缘电场集中效应，器件的实际击穿电压远小于理论值。

目前主要采用场板结构、浮空金属环结构和保护环结构三种方式来改善电场集中效应，提高击穿电压。浮动金属环结构为在阴阴极金属之间淀积形成几个浮空的肖特基金属电极，当施加反向偏压时，阴极金属的空间电荷区会随着反向偏压的增大而变宽，当扩展至浮动金属环位置时，由于浮动金属环的等电势效应，使得此处的横向电势变化缓慢，相应的在肖特基接触区域的电场峰值减小，改善电场集中效应，提高反向击穿电压，同时浮空金属环结构不会引入其他寄生电容，但是，由于浮空金属环肖特基金属的耗尽作用，串联电阻会增大，对正向特性会产生一些影响。

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P-GaN帽层和浮空金属环的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于P-GaN帽层和浮空金属环的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管器件，包括衬底、依次设置在所述衬底上的GaN缓冲层和沟道层、AlGaN势垒层和钝化层，其中，

所述AlGaN势垒层上表面的相对两侧分别设置有阳极和阴极，所述阳极与所述阴极之间的所述AlGaN势垒层上设置有至少一个组合结构，所述组合结构包括第一P型GaN帽层、第二P型GaN帽层和浮空金属环；

所述第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层间隔设置在所述AlGaN势垒层上，所述浮空金属环覆盖在所述第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层的上表面以及所述第一P型GaN帽层和第二P型GaN帽层之间的所述AlGaN势垒层上；

所述AlGaN势垒层的未被所述组合结构覆盖的剩余部分以及所述浮空金属环的上表面均由所述钝化层覆盖。

在本发明的一个实施例中，所述浮空金属环在所述第二P型GaN帽层上方伸出所述第二P型GaN帽层的上表面，形成一场板结构，所述场板结构朝向所述阴极延伸并与相邻所述组合结构或所述阴极间隔。

在本发明的一个实施例中，同一组合结构中的所述第一P型GaN帽层与第二P型GaN帽层的间距在0.1-0.5μm之间。

在本发明的一个实施例中，所述阳极和所述阴极之间的所述AlGaN势垒层上设置有一个所述组合结构，其中，