[发明专利]基于F离子保护环结构的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于F离子保护环结构的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管器件及制作方法，主要解决现有技术击穿电压较低，可靠性较差的问题。其自下而上包括衬底(1)、成核层(2)、缓冲层(3)、插入层(4)、势垒层(5)，势垒层(5)上方设有阳极(7)和阴极(8)，势垒层(5)中的阳极下方1～3μm长度内注有F离子，形成F离子保护环(6)，该阳极与阴极之间为钝化层(9)。本发明由于在势垒层中设有F离子保护环，降低了阳极下方边缘电场峰值，提高了击穿电压，且工艺简单、成品率高和可靠性好，可作为大功率系统以及开关应用的基本器件。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，可作为大功率系统以及开关应用的基本器件。

背景技术

功率半导体器件是电力电子技术的核心元件，随着能源和环境问题的日益突出，研发新型高性能、低损耗功率器件就成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。而在功率器件研究中，高速、高压与低导通电阻之间存在着严重的制约关系，合理、有效地改进这种制约关系是提高器件整体性能的关键。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。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率，以GaN为代表的宽禁带半导体材料，凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和较高的电子饱和漂移速度，以及化学性能稳定、耐高温、抗辐射等优异的物理、化学性质，在制备高性能功率器件方面脱颖而出，应用潜力巨大。其中GaN基肖特基势垒二极管是一种重要的GaN基器件，它是多数载流子半导体器件，少数载流子电荷存储效应很弱。GaN不仅可利用体材料制作GaN肖特基势垒二极管，还可利用其异质结构制作高性能器件，即异质结AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，如图1所示，其自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、插入层、势垒层，势垒层上方设有阳极和阴极，阳极与阴极之间有钝化层。该AlGaN/GaN横向异质结肖特基势垒二极管具有高击穿电压、低开启电阻以及反向恢复时间较短等优异特性，容易实现大电流密度和功率密度，将其应用在功率转换方面能够大大提升系统电能转化效率、降低制备成本。但是，由于该异质结AlGaN/GaN肖特基二极管在反向偏置时，阳极下方电场在水平方向上不是均匀分布，即距离电极边缘越近，电场线分布越密集，使得阳极下方边缘处会出现电场的极大值，导致此处容易发生雪崩击穿，造成AlGaN/GaN肖特基二极管实际击穿电压和输出功率下降和反向漏电流的增大，降低了器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于F离子保护环结构AlGaN/GaN肖特基势垒二极管及制作方法，以降低阳极下方边缘电场峰值和高场下的反向漏电流，提高器件的击穿特性和可靠性，实现高输出功率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种基于F离子保护环结构的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、插入层和势垒层，势垒层的上方设有阳极和阴极，该阳极与阴极之间为钝化层，其特征在于，势垒层中的阳极下方1～3μm长度内注有F离子，形成F离子保护环，以降低阳极下方边缘的电场峰值，提高击穿电压。

进一步，所述衬底用蓝宝石或Si或SiC或GaN体材料。

进一步，所述成核层采用AlN，厚度为40～100nm；所述缓冲层采用GaN，厚度为1～5μm；所述插入层采用AlN,厚度为0.5～2nm；所述势垒层采用AlGaN,厚度为15～30nm。

进一步，所述钝化层采用SiN或SiO₂或Al₂O₃或HfO₂介质。

2.一种基于F离子保护环结构的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管制作方法，其特征在于，包括如下步骤：