專利名稱：一種肖特基二極管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及其制備方法，屬于半導體技術領域。
背景技術：
二極管在功率電路中有著非常廣泛的應用，典型的功率電路期望的理想二極管應該包括以下特性第一、當器件處于反偏狀態(tài)時(陰極電壓遠高于陽極電壓)，二極管需要能夠承擔盡可能高的電壓，其耐壓大小取決于電路對器件的性能要求，在很多高壓功率切換應用中，需要二極管能夠承擔600V或1200V的反壓；第二、當器件處于正偏狀態(tài)時，又需要其正向導通電壓盡可能低，以此來減小導通損耗，即需要足夠低的正向導通電阻 ’第三、反偏時儲存在二極管中的電荷要盡可能低，以保證轉換過程中的低開關損耗。肖特基二極管是以金屬(金、銀、鋁、鉬等)為陽極，以N型半導體為陰極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。傳統(tǒng)硅功率半導體材料形成的肖特基二極管的反向耐壓能力和正向導通能力都不盡如人意。III - V族氮化物半導體材料以其相對于第一代硅功率半導體材料的更優(yōu)秀的導通和阻斷能力而成為半導體材料的優(yōu)秀代表，人們紛紛研究利用III - V族氮化物半導體材料來制作半導體器件。目前，使用異質結結構的氮化物半導體器件已經廣為人知。現(xiàn)有技術中已經出現(xiàn)了利用AlGaN/GaN異質結結構制造的肖特基二極管。
中國專利文獻CN101840938A公開了一種氮化鎵異質結肖特基二極管(見圖1)，包括一個襯底、一個形成在襯底上的GaN層、一個形成在GaN層之上的AlGaN層、一個形成在AlGaN層之上的金屬層以及一個形成在AlGaN層頂部表面且位于金屬層一個邊緣下方的高勢壘區(qū)，其中，GaN層和AlGaN層構成二極管的陰極區(qū)，金屬層作為二極管的陽極電極，高勢壘區(qū)的帶隙能量高于AlGaN層，或者高勢壘區(qū)的電阻率比AlGaN層更大。該專利文獻中公開的氮化鎵異質結肖特基二極管，在AlGaN層中，靠近肖特基金屬的頂部區(qū)域，通過離子注入等方式形成了高勢壘區(qū)114，即對所述AlGaN層進行了修改，所述高勢壘區(qū)114的材料的帶隙寬度比AlGaN半導體層的帶隙寬度還要寬，通過設定這樣的高電阻率的寬帶隙勢壘材料，可以對該位置的電場進行抑制，有效降低電場尖峰，從而優(yōu)化電場，提高耐壓。但是，該文獻中公開的氮化鎵異質結肖特基二極管仍然存在以下缺陷
第一、該文獻中公開的肖特基二極管，其高勢壘區(qū)114在AlGaN層的頂面向下凹陷形成，在實際的制備工藝中，需要先通過外延生長的方式形成GaN和AlGaN的異質結,然后需要在已經成型的AlGaN的頂面定義一個向下凹陷的開口，用于注入具有較高帶隙能量的材料，從而形成高勢壘區(qū)114，在此過程中，由于需要事先定義開口(一般采用挖掉一部分AlGaN的辦法)，不但工藝復雜，而且在向開口注入較高帶隙能量的材料后，容易在兩者的接觸部位形成較多的缺陷，從而影響了肖特基二極管的最終耐壓能力的提升，進而對其反向耐壓能力的提升造成一定的限制；
第二、該文獻中公開的肖特基二極管，所述高勢壘區(qū)由AlGaN層組成，在所述AlGaN層中植入Mg、Cd、Zn、Ca、N、O、C或者一個二氧化硅層來對所述AlGaN層進行修改，從而形成高勢壘區(qū)，在此過程中，發(fā)明人在修改AlGaN層的過程中，只關注植入的元素層是否有助于形成高帶隙能量或者高電阻率的高勢壘區(qū)，而不關注其注入的元素是否助于改進該肖特基二極管的正向導通能力，實際上，根據上述記載，當其注入的元素為N、O、C甚至惰性氣體時，對于改進肖特基二極管的正向導通能力無法起到良好的作用，從而使該文獻中公開的肖特基二極管很難同時保證良好的耐壓和導通能力，進而影響其在功率器件集成化方面的應用。公開于Proc. of SPIE Vol. 7216 721606-7 中的名稱為 “Recent Advances ofHigh Voltage AlGaN/GaN Power HFETs”的外文文獻公開了一種設置在柵極下方的P-AlGaN層，而鑒于柵極電壓一般較低，很難突破PN結的內建電勢，從而無法將P-AlGaN中的空穴推出，從而對于正向導通能力的影響較??；更為重要的是，即使強制使柵極工作在足夠高的電壓之下，從而使柵極電壓高于PN結內建電勢，進而推出空穴，在持續(xù)的往下推空穴過程中，會形成柵極往下的電流，從而使柵極產生大的泄漏電流，進而產生安全隱患，因此，該文獻中公開的P-AlGaN層并不是為了達到對于正向導通能力提升的目的；同時，該文獻中柵極下方的P-AlGaN層，其本身處在反向耐壓時的一個電場尖峰下面，并且限定在柵極下方的 內部區(qū)域，從而無法起到抑制電場尖峰的目的，進而無法提高反向耐壓能力。實際上，根據該文獻在摘要部分第二段的記載，該文獻中設置P-AlGaN層是為了實現(xiàn)器件的常斷特性。因此，本領域技術人員很難從該文獻中得到利用P-AlGaN層來提高肖特基二極管正向導通能力和反向耐壓能力的技術啟示。綜上所述，現(xiàn)有技術中缺少一種能夠同時提高正向導通能力和反向耐壓能力的肖
特基二極管。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種能夠同時提高正向導通能力和反向耐壓能力的肖特基二極管。為此，本發(fā)明提供一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述III族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述III族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和最上層的III族氮化物層之間的具有P型摻雜的III族氮化物增強層。所述III族氮化物層為GaN層和AlGaN層。最上層的所述III族氮化物層為AlGaN層。最上層的所述III族氮化物層為GaN層。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為P型摻雜的GaN層。所述P型摻雜的GaN層的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間。所述P型摻雜的GaN層在與最上層的所述III族氮化物層接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度不同，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。所述金屬場板具有與最上層的所述III族氮化物層接觸的部分和不與最上層的所述III族氮化物層接觸的向外延伸的部分，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層位于所述向外延伸的部分與最上層的所述III族氮化物層形成的填充間隙之間。
所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為圓環(huán)形。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分伸出所述填充間隙。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，且所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分嵌入所述金屬場板的所述向外延伸的部分內。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為階梯形，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大。所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為鋸齒形，且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大。 在所述金屬場板的所述接觸的部分和最上層的III族氮化物連接界面處設置絕緣材料形成的側壁。還包括設置在所述襯底層之上的晶核層和設置在所述晶核層之上的緩沖層。所述襯底層為絕緣襯底或非絕緣襯底。所述絕緣襯底為藍寶石、Si、或SiC中的任意一種。包括如下步驟
A.制備襯底層；
B.在所述襯底層上形成一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道；
C.在最上層所述III族氮化物層的表面上形成具有P型摻雜的III族氮化物增強層；
D.在具有P型摻雜的III族氮化物增強層上沉積金屬，形成金屬場板及肖特基接觸的陽極電極；
E.在一系列III族氮化物層的徑向兩端刻蝕出深槽，在所述深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極。在所述步驟B中，所述III族氮化物層為GaN層和AlGaN層。在所述步驟B中，最上層的所述III族氮化物層為GaN層。在所述步驟B中，最上層的所述III族氮化物層為AlGaN層。在所述步驟C中，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為P型摻雜的GaN層。本發(fā)明提供的肖特基二極管具有以下優(yōu)點
I.本發(fā)明提供的肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述III族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述III族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和所述最上層的III族氮化物層之間的具有P型摻雜的III族氮化物增強層。本發(fā)明提供的肖特基二極管通過增加的金屬場板和P型摻雜的III族氮化物增強層，一方面能在反壓時提高耐壓，另一方面能在正向導通時提高導通能力。具體來說，正向導通時，相鄰異質的III族氮化物層之間形成二維電子氣，呈現(xiàn)N型特性，而P型摻雜的III族氮化物增強層呈現(xiàn)P型特性，整體來看兩者構成了縱向的PN 二極管，PN結存在內建電勢，正向導通時，增強層上方的與陽極連接的金屬場板為正壓，當正壓超過PN結內建電勢時，增強層中的空穴會被推入N型的III族氮化物層中，由于在器件內部，處處都應當遵守電荷平衡，即正負電荷數(shù)相等，額外推入的空穴，勢必會吸引額外的電子來電荷平衡，但是被吸引過來的電子卻沒法停留在空穴附近就被橫向的電場帶走，但馬上又會有新的電子出現(xiàn)來進行電荷平衡，于是連續(xù)不斷的形成了額外的電流，從而提升了二極管的正向導通能力。反向耐壓時，金屬場板能夠有效的抑制電場尖峰，同時，由于P型摻雜III族氮化物層有大量空穴，會額外耗盡二維電子氣，進而提升了二極管的反向耐壓能力。2.本發(fā)明提供的肖特基二極管，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為鋸齒型，且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內。該種結構的肖特基二極管，由于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為鋸齒形且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大，此時，實際上，所述金屬場板的所述向外延伸的部分也形成為鋸齒形，從而具有多個場板突起，形成多個不那么高的電場尖峰，同時，由于所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大，從 而使得從陽極向陰極方向的P型摻雜的III族氮化物增強層的分布越來越大，而越大的P型摻雜的III族氮化物增強層越會在反向耐壓時更多地耗盡溝道中的二維電子氣，也能更好的提升耐壓能力。3.本發(fā)明提供的肖特基二極管，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為階梯形，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大。該種結構的肖特基二極管，由于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為階梯形且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大，此時，實際上，所述金屬場板的所述向外延伸的部分也形成為梯形，從而具有梯度的斜坡，形成多個不那么高的電場尖峰，同時，由于所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大，從而使得從陽極向陰極方向的P型摻雜的III族氮化物增強層的分布越來越大，而越大的P型摻雜的III族氮化物增強層越會在反向耐壓時更多的耗盡溝道中的二維電子氣，也能更好的提升耐壓能力。4.本發(fā)明提供的肖特基二極管，所述P型摻雜的GaN層在與最上層的所述III族氮化物層接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度不同，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大，越大濃度的P型摻雜的III族氮化物增強層越會在反向耐壓時更多的耗盡溝道中的二維電子氣，也能更好的提升耐壓能力。


為了使本發(fā)明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發(fā)明的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
圖I是本發(fā)明的實施例I提供的肖特基二極管的剖面示意 圖2是本發(fā)明的實施例2提供的肖特基二極管的剖面示意 圖3是本發(fā)明的實施例3提供的肖特基二極管的剖面示意 圖4是本發(fā)明的實施例4提供的肖特基二極管的剖面示意 圖5是本發(fā)明的實施例5提供的肖特基二極管的剖面示意 圖6是本發(fā)明的實施例6提供的肖特基二極管的剖面示意圖；圖7是沒有金屬場板和P-GaN增強層的肖特基二極管反向時臨界擊穿的橫向電場分
布；
圖8是只有一個金屬場板但是沒有P-GaN增強層的肖特基二極管反向時臨界擊穿的橫向電場分布；
圖9是加入了金屬場板且具有P-GaN增強層的肖特基二極管反向時臨界擊穿的橫向電場分布；
圖中附圖標記表為
100、200、300、400_ 襯底層；101,201,301,401-晶核層;102、202、302、402_ 緩沖層；103、203、303、403-GaN 層;104、204、304、404_AlGaN 層;105、106，205、206、306、307、406、407-P-GaN 增強層；107、207、305、405_ 金屬場板;108、109、208、209、308、309、408、409_ 陰極；110-絕緣材料形成的側壁?！?br> 具體實施例方式本發(fā)明的核心目的在于提供一種能夠同時提高反向耐壓能力和正向導通能力的肖特基二極管，為了實現(xiàn)該核心目的，本發(fā)明的核心技術手段是在傳統(tǒng)肖特基二極管的基礎上進行改進，主要通過對金屬場板以及對增強層的特殊設計來實現(xiàn)上述目的。下面結合本發(fā)明的具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。實施例I
本實施例提供一種肖特基二極管，包括藍寶石形成的襯底層100、位于襯底層上方的晶核層101、位于晶核層101上方的緩沖層102、形成在所述緩沖層102上的GaN層103以及位于GaN層103之上的AlGaN層104，GaN層103和AlGaN層104之間形成二維電子氣溝道，GaN層103和AlGaN層104與陰極108、109形成歐姆接觸，AlGaN層104與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板107以及填充在所述金屬場板107和AlGaN層104之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層105、106。在本實施例中，兩個P-GaN增強層105、106的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。在本實施例中，如圖I所示，所述金屬場板107具有與AlGaN層104接觸的部分和向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，所述P- GaN增強層105、106為圓環(huán)形，所述P- GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與AlGaN層104形成的填充間隙。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由藍寶石形成的襯底層100；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層100上依次向上形成晶核層101、緩沖層102、GaN層103以及AlGaN層104 ；
C.在AlGaN層104表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度位于lE13-lE20/cm3之間的P-GaN增強層105、106 ；
D.在P-GaN增強層105、106以及所述水平間隙之間沉積金屬，形成金屬場板107及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板107具有與AlGaN層104接觸的部分和不與AlGaN層104接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，所述P- GaN增強層105、106為圓環(huán)形，所述P- GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與AlGaN層104形成的填充間隙；
E.AlGaN層104的徑向兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至GaN層103，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極108、109。為了進一步提高成品肖特基二極管的方向耐壓能力，本實施例中，所述P-GaN增強層105、106的摻雜濃度向著陰極108、109延伸的方向逐漸增大。實施例2 本實施例提供一種肖特基二極管，包括Si形成的襯底層200、位于襯底層上方的晶核層201、位于晶核層201上方的緩沖層202、形成在所述緩沖層202上的GaN層203以及位于GaN層203之上的AlGaN層204，GaN層203和AlGaN層204之間形成二維電子氣溝道，GaN層203和AlGaN層204與陰極208、209形成歐姆接觸，AlGaN層204與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板207以及填充在所述金屬場板207和AlGaN層204之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層205、206。在本實施例中，兩個P-GaN增強層205、206的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。在本實施例中，如圖2所示，所述金屬場板207具有與AlGaN層204接觸的部分和不與AlGaN層204接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層205、206分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層204之間，所述P- GaN增強層205、206為圓環(huán)形，所述P- GaN增強層205、206的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層205、206分別有一部分嵌入所述金屬場板207的所述向外延伸的部分內。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由Si形成的襯底層200；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層200上依次向上形成晶核層201、緩沖層202、GaN層203以及AlGaN層204 ；
C.在AlGaN層204表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度位于lE13-lE20/cm3之間的P-GaN增強層205、206，所述P- GaN增強層205、206為圓環(huán)形，；
D.在P-GaN增強層205、206上沉積金屬，形成金屬場板207及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板207具有與AlGaN層204接觸的部分和不與AlGaN層204接觸的向外延伸的部分，并使所述P- GaN增強層205、206分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層204之間，所述P- GaN增強層205、206的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層205、206分別有一部分嵌入所述金屬場板207的所述向外延伸的部分內；
E.AlGaN層204的徑向兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至GaN層203，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極208、209。為了進一步提高成品肖特基二極管的反向耐壓能力，本實施例中，所述P-GaN增強層205、206的摻雜濃度向著陰極208、209延伸的方向逐漸增大。實施例3本實施例提供一種肖特基二極管，包括SiC形成的襯底層300、位于襯底層上方的晶核層301、位于晶核層301上方的緩沖層302、形成在所述緩沖層302上的GaN層303以及位于GaN層303之上的AlGaN層304，GaN層303和AlGaN層304之間形成二維電子氣溝道，GaN層303和AlGaN層304與陰極308、309形成歐姆接觸，AlGaN層104與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板305以及填充在所述金屬場板305和AlGaN層304之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層307、307。在本實施例中，P-GaN增強層307、306的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，更為具體地，所述P-GaN增強層307、306與所述AlGaN層304接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度相同，都為lE17/cm3，當然，這一摻雜濃度的選取可以根據實際需要進行相應的改變，例如，將摻雜濃度改為 1E14/cm3、1E15/cm3、1E16/cm3、1E13/cm3 等。在本實施例中，如圖3所示，所述金屬場板305具有與AlGaN層304接觸的部分和不與AlGaN層304接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層307、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層304之間，所述P- GaN增強層305、306為鋸齒形，且分別有一部分嵌入 到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由SiC形成的襯底層300；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層300上依次向上形成晶核層301、緩沖層302、GaN層303以及AlGaN層304 ；
C.在AlGaN層304表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度為lE17/cm3的圓環(huán)形的P-GaN增強層307、306，所述P- GaN增強層307、306為鋸齒形，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大；
D.在P-GaN增強層307、306上沉積金屬，形成金屬場板305及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板305具有與AlGaN層304接觸的部分和不與其接觸的向外延伸的部分，并使所述P- GaN增強層307、306分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層304之間，且分別有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內；
E.AlGaN層304的徑向的兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至GaN層303，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極308、309。實施例4
本實施例提供一種肖特基二極管，包括SiC形成的襯底層400、位于襯底層上方的晶核層401、位于晶核層401上方的緩沖層402、形成在所述緩沖層402上的GaN層403以及位于GaN層403之上的AlGaN層404，GaN層403和AlGaN層404之間形成二維電子氣溝道，GaN層403和AlGaN層404與陰極408、409形成歐姆接觸，AlGaN層404與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板405以及填充在所述金屬場板405和AlGaN層404之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層407、406。在本實施例中，兩個P-GaN增強層407、406的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，更為具體地，兩個所述P-GaN增強層407、406與所述AlGaN層404接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度相同，都為lE20/cm3，當然，這一摻雜濃度的選取可以根據實際需要進行相應的改變，例如，將摻雜濃度改為lE14/cm3、lE15/cm3、lE16/cm3等。
在本實施例中，如圖4所示，所述金屬場板405具有與AlGaN層404接觸的部分和不與其接觸的兩個向外延伸的部分，所述P- GaN增強層407、406分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層404之間，所述P- GaN增強層407、406為階梯形，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由SiC形成的襯底層400；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層400上依次向上形成晶核層401、緩沖層402、GaN層403以及AlGaN層404 ；
C.在AlGaN層404表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度為lE20/cm3的圓環(huán)形的P-GaN增強層407、406，所述P- GaN增強層407、406為階梯型，所述階梯型的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大；
D.在P-GaN增強層407、406上沉積金屬，形成金屬場板405及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板405具有與AlGaN層404接觸的部分和不與其接觸的兩個向外延伸的部分，并使所述P- GaN增強層407、406分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層404之間，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內；
E.AlGaN層404的徑向兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至GaN層403，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極408、409。實施例5
本實施例提供的肖特基二極管是在實施例I基礎上的變形，主要在于，GaN層103和AlGaN層104的位置互換，即從GaN/AlGaN的堆疊到AlGaN/GaN的堆疊，但是，在此，需要說明的是，本實施例中的材料層的互換是形成不同晶向的手段之一，而不是唯一手段，即使在不進行材料層互換的情況下，根據實際情況也可以形成不同的晶向，例如，對AlGaN層104的分子式進行修改，修改后的分子式為AlzGai_zN，其中，分子式中的Z的區(qū)間為
。如圖5所示，本實施例提供一種肖特基二極管，包括藍寶石形成的襯底層100、位于襯底層上方的晶核層101、位于晶核層101上方的緩沖層102、形成在所述緩沖層102上的AlGaN層104以及形成在AlGaN層104之上的GaN層103，GaN層103和AlGaN層104之間形成二維電子氣溝道，GaN層103和AlGaN層104與陰極108、109形成歐姆接觸，GaN層103與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板107以及填充在所述金屬場板107和GaN層103之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層105、106。在本實施例中，P-GaN增強層105、106的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。在本實施例中，如圖5所示，所述金屬場板107具有與GaN層103接觸的部分和不與其接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106分別位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，所述P- GaN增強層105、106為圓環(huán)形，所述P- GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與GaN層103形成的填充間隙。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由藍寶石形成的襯底層100；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層100上依次向上形成晶核層101、緩沖層102、AlGaN 層 104 以及 GaN 層 103 ；
C.在GaN層103表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度位于lE13-lE20/cm3之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層105、106 ；
D.在P-GaN增強層105、106上沉積金屬，形成金屬場板107及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板107具有與AlGaN層104接觸的部分和不與其接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，所述P- GaN增強層105、106為圓環(huán)形,所述P- GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與GaN層103形成的填充間隙；
E.GaN層103的徑向的兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至AlGaN層104，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極108、109。為了進一步提高成品肖特基二極管的方向耐壓能力，本實施例中，所述· P-GaN增強層105、106的摻雜濃度向著陰極108、109延伸的方向逐漸增大。需要說明的是，對于本發(fā)明的實施例2-4來說，也可以進行本實施例所述的變形，即將實施2-4中的所述GaN層103和AlGaN層104的位置互換以形成不同的晶向，或者，在不進行位置互換的情況下，對AlGaN層104的分子式進行修改，修改后的分子式為AlzGai_zN，其中，分子式中的Z的區(qū)間為
，經過該種修改后的104同樣能夠實現(xiàn)本發(fā)明的核心目的。實施例6
本實施例提供的肖特基二極管是在實施例I的基礎上做的另一種變形，主要在于在所述金屬場板的所述接觸的部分和AlGaN層104界面處填充絕緣材料形成的側壁110。如圖6所示，本實施例提供一種肖特基二極管，包括藍寶石形成的襯底層100、位于襯底層上方的晶核層101、位于晶核層101上方的緩沖層102、形成在所述緩沖層102上的GaN層103以及位于GaN層103之上的AlGaN層104，GaN層103和AlGaN層104之間形成二維電子氣溝道，GaN層103和AlGaN層104與陰極108、109形成歐姆接觸，AlGaN層104與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板107以及填充在所述金屬場板107和AlGaN層104之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層105、106。在本實施例中，P-GaN增強層105、106的摻雜濃度位于lE13_lE20/cm3之間，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。在本實施例中，如圖I所示，所述金屬場板107為具有與AlGaN層104接觸的部分和不與其接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，在所述P- GaN增強層105、106靠近所述金屬場板107的接觸的部分上具有由絕緣材料形成的側壁110，所述絕緣材料為A1N，所述P- GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與AlGaN層104形成的填充間隙。本實施例提供的一種肖特基二極管的制備方法，包括如下步驟
A.制備由藍寶石形成的襯底層100；
B.采用外延生長的方式在所述襯底層100上依次向上形成晶核層101、緩沖層102、GaN層103以及AlGaN層104 ；C.在AlGaN層104表面上采用外延生長的方式形成GaN層，并在GaN層上進行P型摻雜的注入，從而形成濃度位于lE13-lE20/cm3之間的圓環(huán)形的P-GaN增強層105、106 ；
D.在圓環(huán)形的所述P-GaN增強層105、106內壁上制備由絕緣材料形成的側壁110，使得所述絕緣材料形成的側壁位于所述所述P-GaN增強層105、106與所述金屬場板107的所述接觸的部分之間；
E.在所述P-GaN增強層105、106上表面沉積金屬，形成金屬場板107及肖特基接觸的陽極電極，所述金屬場板107具有與AlGaN層104接觸的部分和不與其接觸的向外延伸的部分，所述P- GaN增強層105、106位于所述向外延伸的部分與AlGaN層104之間，所述P-GaN增強層105、106的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述P- GaN增強層105、106分別有一部分伸出所述金屬場板107的所述向外延伸的部分與AlGaN層104形成的填充間隙； F.AlGaN層104的徑向兩端通過掩模板刻蝕出兩個深槽，所述深槽延伸至GaN層103，在所述兩個深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極108、109。為了進一步提高成品肖特基二極管的方向耐壓能力，本實施例中，所述 P-GaN增強層105、106的摻雜濃度向著陰極108、109延伸的方向逐漸增大。值得注意的是，對于本發(fā)明的實施例2-5來說，也可以進行如本實施例所述的變形，即也可以在實施例2-5公開的肖特基二極管的所述P-GaN增強層的的內壁與金屬場板接觸的部分之間形成絕緣材料形成的側壁110。需要說明的是
第一、對于本發(fā)明的實施例1-6來說，為了使得所述P-GaN增的增強效果更好(即正向導通能力和反向耐壓能力更好)，可以在實施例1-6中的所述步驟C和所述步驟D之間進行擴散退火(即進行完P型摻雜注入后進行擴散退火)；
第二、在本發(fā)明的實施例1-6中，金屬場板與陰極電極之間的空間都由鈍化物SiN來填充；
第三、在本發(fā)明的實施例1-6中，所述晶核層為III族半導體材料層，所述晶核層為非導向性半導體襯底，例如氮化鋁，所述緩沖層也為III族半導體材料層，但是所述晶核層和所述緩沖層的組成成分不同，形成所述緩沖層的分子式為AlxGai_xN，其中的摩爾系數(shù)X范圍是O彡X彡O. 5 ;
第四、在本發(fā)明的實施例1-6中，歐姆接觸的陰極可以通過刻飾從而伸入到器件的內部，從而與二維電子氣接觸(如圖1-6所示)，也可以不與二維電子氣接觸；肖特基接觸的陽極也可以伸入到器件的內部，從而與二維電子氣接觸，也可以不與二維電子氣接觸(如圖1-6所示)；
第五、本發(fā)明所述的半導體材料不限于AlGaN和GaN材料，使用其他III族元素同樣可以形成擁有異質結結構的III族半導體器件,例如AlGaN可以被替換成InGaN, InAlN等,GaN可以被替換成AlN等等。圖7是沒有金屬場板和P-GaN增強層的肖特基二極管反向時臨界擊穿的橫向電場分布，從圖中可以看出，電場尖峰出現(xiàn)在陽極下方的肖特基結的附近，很高，而且很陡，以至于中間段，橢圓圈出的部分，電場都很低，這就是因為在該區(qū)域中的電子還未被大量，全部耗盡，就已經因為電場尖峰的出現(xiàn)，使得器件被擊穿。圖8是只有一個金屬場板但是沒有P-GaN增強層的肖特基二極管方向時臨界擊穿的橫向電場分布，從圖中可以看出，采用了一個金屬場板，金屬場板會引入額外的電場尖峰，用兩個電場尖峰替代原先的一個電場尖峰，使得耐壓能力有所提升。圖9是加入了金屬場板且具有P-GaN增強層與只有金屬場板沒有P-GaN增強層的肖特基二極管反向時臨界擊穿橫向電場分布的對比情況，其中，線條I代表不具有P-GaN增強層，線條2，代表具有P-GaN增強層，從圖中圈出的部分可以看出，通過引入P-GaN可以明顯的抽取溝道中的電子，然后使得該區(qū)域的電場被提高。圖7-圖9的數(shù)據是對仿真模型的測試數(shù)據，該測試數(shù)據利用Silvaco公司提供的TCAD半導體器件電學性能模擬軟件Atlas完成，其中，圖7-圖9中的仿真模型的參數(shù)為器件橫向寬度12. 5um，AlGaN層厚度25nm，GaN層厚度是2um，其中，圖9中P-GaN層的P型摻雜的摻雜濃度為lE17/cm3的均勻摻雜。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在所述襯底層上方的一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，所述III族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，所述III族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸； 其特征在于 還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在所述金屬場板和最上層的III族氮化物層之間的具有P型摻雜的III族氮化物增強層。
2.根據權利要求I所述的肖特基二極管，其特征在于所述III族氮化物層為GaN層和AlGaN 層。
3.根據權利要求2所述的肖特基二極管，其特征在于最上層的所述III族氮化物層為AlGaN 層。
4.根據權利要求2所述的肖特基二極管，其特征在于最上層的所述III族氮化物層為GaN 層。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為P型摻雜的GaN層。
6.根據權利要求5所述的肖特基二極管，其特征在于所述P型摻雜的GaN層的摻雜濃度位于lE13-lE20/cm3之間。
7.根據權利要求6所述的肖特基二極管，其特征在于所述P型摻雜的GaN層在與最上層的所述III族氮化物層接觸的不同區(qū)域的摻雜濃度不同，所述摻雜濃度沿著向陰極延伸的方向逐漸增大。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的肖特基二極管，其特征在于所述金屬場板具有與最上層的所述III族氮化物層接觸的部分和不與最上層的所述III族氮化物層接觸的向外延伸的部分，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層位于所述向外延伸的部分與最上層的所述III族氮化物層形成的填充間隙之間。
9.根據權利要求8所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為圓環(huán)形。
10.根據權利要求9所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑大于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分伸出所述填充間隙。
11.根據權利要求9所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，且所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層有一部分嵌入所述金屬場板的所述向外延伸的部分內。
12.根據權利要求8所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為階梯形，且完全嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述階梯形的階梯向著陰極延伸的方向逐漸增大。
13.根據權利要求8所述的肖特基二極管，其特征在于所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層的半徑小于所述金屬場板的所述向外延伸的部分的長度，所述具有P型摻雜的III族氮化物增強層為鋸齒形，且有一部分嵌入到所述金屬場板的所述向外延伸的部分內，所述鋸齒形的鋸齒向著陰極延伸的方向逐漸增大。
14.根據權利要求8-13中任一項所述的肖特基二極管，其特征在于在所述金屬場板的所述接觸的部分和最上層的III族氮化物連接界面處設置絕緣材料形成的側壁。
15.一種肖特基二極管的制備方法，其特征在于包括如下步驟 A.制備襯底層； B.在所述襯底層上形成一系列III族氮化物層，相鄰所述III族氮化物層之間形成二維電子氣溝道； C.在最上層所述III族氮化物層的表面上形成具有P型摻雜的III族氮化物增強層； D.在具有P型摻雜的III族氮化物增強層上沉積金屬，形成金屬場板及肖特基接觸的陽極電極； E.在一系列III族氮化物層的徑向兩端刻蝕出深槽，在所述深槽內沉積金屬，為肖特基二極管引出兩個歐姆接觸的陰極電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種肖特基二極管，包括襯底層以及形成在襯底層上方的一系列Ⅲ族氮化物層，利用異質結結構，使相鄰Ⅲ族氮化物層之間形成二維電子氣溝道，Ⅲ族氮化物層與陰極電極形成歐姆接觸，Ⅲ族氮化物層與陽極電極形成肖特基接觸；還包括與陽極電極連接的金屬場板以及填充在金屬場板和最上層的Ⅲ族氮化物層之間的至少一個具有P型摻雜的Ⅲ族氮化物增強層。本發(fā)明提供的肖特基二極管能夠同時提高反向耐壓能力和正向導通能力。
文檔編號H01L29/06GK102903762SQ20121040334
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者謝剛, 湯岑, 盛況, 郭清, 汪濤, 崔京京 申請人:蘇州英能電子科技有限公司