[发明专利]具有变K介质槽复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有变K介质槽复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管(JBSD)。本发明的主要特征是新器件引入了变K介质槽复合终端，且复合终端主要包含：与氧化镓相比具有更小介电常数和更高临界击穿电场强度的凹槽形状介质层，填充在凹槽形状介质层上且介电常数更大的介质层，与阳极金属连接的倾斜场板。反向阻断时，凹槽形状介质层使器件能在较短终端长度下承受高外加电压；倾斜场板和填充介质层能吸引电位移线，从而大幅缓解有源区边界PN结的电场尖峰，提高器件耐压。相较于采用常规终端结构的氧化镓JBSD，本发明可在更短的终端长度下提高器件耐压，增强器件可靠性。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有变K介质槽复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管(Junction Barrier Schottky Diode，JBSD)。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)作为一种新兴的宽禁带半导体材料正逐渐得到越来越多国内外研究者的认可。其中，β-Ga₂O₃具有超大禁带宽度(4.9eV)和高临界击穿电场强度(8MV/cm)，且β-Ga₂O₃的Baliga优值分别是GaN的4倍，4H-SiC的10倍，Si的3444倍，因此β-Ga₂O₃非常适合用于制作具有高耐压、高开关频率的功率二极管。

JBSD结合了肖特基二极管正向导通电压小和PiN二极管反向耐压能力强的优点，并且可以在这两种状态之间快速变化，十分适用于高压高频电力领域。从结构上看，JBSD是在肖特基二极管的漂移区集成多个PN结。文献Yuanjie Lv,Yuangang Wang,Xingchang Fu,et al,[Demonstration ofβ-Ga₂O₃ Junction Barrier Schottky Diodes with a Baliga’s Figure of Merit of 0.85GW/cm² or a 5A/700 V Handling Capabilities]报道了一种具有高耐压、低导通电阻、强电流处理能力的JBSD，但其Baliga优值仍远小于氧化镓材料的预期值，其中一个重要原因是在常规JBSD的结的边、角处存在电场集中效应，使得器件反向阻断时会在这些区域提前击穿，漏电增大。因此，设计合适的终端结构来缓解JBSD器件的电场集中效应，降低泄漏电流对提高器件耐压能力尤为重要。

由于在氧化镓材料中P型掺杂困难，使得常规的结终端扩展、场限环等结终端技术不适用于氧化镓器件，目前氧化镓器件多采用场板技术来缓解电场集中效应，但这必将造成器件的终端面积占比较大。为了降低了芯片成本，减小边缘终端长度十分必要。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种具有变K介质槽复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管，以达到在较小终端长度下提高器件耐压，增强器件可靠性的目的，从而进一步发挥氧化镓材料的优势。

本发明的技术方案为：

一种具有变K介质槽复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管，包括阴极金属1、位于阴极金属1上表面的N+氧化镓衬底2、位于N+氧化镓衬底2上表面的N-氧化镓外延层3；所述N-氧化镓外延层3上层两侧具有变K介质槽复合终端，两侧的变K介质槽复合终端之间的区域为有源区；所述有源区上层具有与N-氧化镓外延层3上部相接触的P型氧化物半导体层8；所述P型氧化物半导体层8由两个或两个以上深度相同且等间距排列的P型氧化物半导体区构成；所述有源区上表面覆盖有阳极金属层6并形成肖特基接触，且阳极金属层6向两侧延伸至部分覆盖变K介质槽复合终端；