[发明专利]制造GaN混合P-I-N肖特基(MPS)二极管的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年10月11日提交的美国申请第13/270606号、2011年10月11日提交的美国申请第13/270625号以及2011年10月11日提交的美国申请第13/270641号的权益和优先权，将其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

功率电子器件广泛用在各种应用中。功率电子器件通常用在电路中以调整电能的形式，例如，从AC到DC、从一个电压电平到另一电压电平、或者以其它方式。这样的器件能够在宽范围的功率水平内(从移动设备中的几毫瓦到高压电力传输系统中的几百兆瓦)操作。尽管在功率电子器件中取得了进展，但是在本领域中还对改善的电子系统及其操作方法存在需求。

发明内容

本发明一般性涉及电子器件。更具体地，本发明涉及使用III族-氮化物半导体材料形成混合P-i-N肖特基(MPS)二极管。仅通过示例的方式，已经将发明应用于用于使用氮化镓(GaN)基外延层来制造MPS二极管的方法和系统。这些MPS二极管能够用在能够受益于具有低电容和在关断状态下非常低的漏电流的高压开关的一系列应用中。

根据本发明的实施方案，提供了一种用于在氮化镓(GaN)基材料中制造混合P-i-N肖特基(MPS)二极管的方法。该方法包括提供具有第一表面和第二表面的n型GaN基衬底以及形成耦合到n型GaN基衬底的第一表面的n型GaN基外延层。该方法还包括形成具有多个p型GaN基区(GaN-based region)的GaN结构，在多个p型GaN基区中的每个之间设置有至少一个n型GaN基外延区。该方法还包括形成电耦合到多个p型GaN基区中的一个或更多个和至少一个n型GaN基外延区的第一金属结构。在第一金属结构与至少一个n型GaN基外延区之间产生肖特基接触。

根据本发明的实施方案，提供了一种用于制造外延结构的方法。该方法包括提供具有第一表面和第二表面的第一导电类型的III族-氮化物衬底以及形成耦合到III族-氮化物衬底的第一表面的第一导电类型的第一III族-氮化物外延层。该方法还包括形成多个第二导电类型的III族-氮化物区，在多个III族-氮化物区中的每个之间具有至少一个第一导电类型的III族-氮化物外延结构。该方法还包括形成电耦合到多个III族-氮化物区中的一个或更多个和至少一个III族-氮化物外延结构的第一金属结构。在第一金属结构与至少一个III族-氮化物外延结构之间产生肖特基接触。

根据本发明的具体实施方案，提供了一种半导体结构。半导体结构包括具有第一侧和与第一侧相反的第二侧的III族-氮化物衬底。III族-氮化物衬底的特征在于第一导电类型和第一掺杂剂浓度。半导体结构还包括III族-氮化物外延结构，该III族-氮化物外延结构包括耦合到III族-氮化物衬底的第一侧的第一III族-氮化物外延层以及多个第二导电类型的III族-氮化物区。多个III族-氮化物区在多个III族-氮化物区中的每个之间具有至少一个第一导电类型的III族-氮化物外延区。半导体结构还包括电耦合到多个III族-氮化物区中的一个或更多个和至少一个III族-氮化物外延区的第一金属结构。在第一金属结构与至少一个III族-氮化物外延区之间产生肖特基接触。

通过本发明的方法实现了超过常规技术的诸多益处。例如，与常规技术相比本发明的实施方案能够使用更厚的III族-氮化物半导体层，这可以使器件与常规器件相比能够在更高的电压下操作。另外，MPS二极管与常规器件相比具有优越的开关特性(例如高开关速率、低导通状态电阻和低关断状态电流)。结合下文和附图更详细地描述了本发明的这些及其他实施方案，以及其许多优点和特征。

附图说明

图1为根据本发明的实施方案的混合P-i-N肖特基(MPS)二极管的一部分的简化的横截面图；

图2至图5为示出根据本发明的实施方案的通过在外延层中注入掺杂剂来制造MPS二极管的简化的横截面图；

图6至图9为示出根据本发明的实施方案的通过在外延层中形成外延结构来制造MPS二极管的简化的横截面图；

图10至图14为示出根据本发明的实施方案的通过在外延层上形成外延结构来制造MPS二极管的简化的横截面图；

图15为示出根据本发明的实施方案的通过在外延层中注入掺杂剂来制造MPS二极管的方法的简化的流程图；

图16为示出根据本发明的实施方案的通过在外延层中形成外延结构来制造MPS二极管的方法的简化的流程图；以及