[发明专利]氮化镓肖特基二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种氮化镓肖特基二极管及其制造方法。

背景技术

随着半导体工业的发展,以单晶硅为基底的高功率半导体器件性能已经很难满足各行业的应用要求。硅在高功率领域的性能极限推动了近年来以氮化镓（GaN，Gallium Nitride）为基底的高功率半导体器件的大规模发展。以氮化镓为代表的第三代半导体材料有着优异的特性，如：禁带宽度大、击穿电场强度高、最大电流密度高、化学性能稳定、热稳定性系数高、热膨胀系数小等等，正在逐渐取代硅在高功率半导体器件上的应用。同时,氮化镓器件比硅器件在工作中的能量自身消耗损失小，功效高，可以大大降低消耗，节约能源。以第三代半导体材料为基底的高功率器件近年来正在被广泛的应用在风力发电、太阳能、电动力汽车和高铁等领域。

传统肖特基二极管（Schottky diode）是通过让金属与半导体层接触形成肖特基势垒来形成的一种半导体二极管，金属与半导体之间的肖特基势垒起到一个整流结的作用，相对于完全在半导体中形成的PN结二极管而言，此种二极管的开关性能得到了改善，开启电压更低，开关速度也更快。在实际应用中，如开关电源中，当开关损耗占能量消耗的绝大部分时，使用肖特基二极管就是理想的选择。

图1所示是传统的GaN肖特基二极管MESA结构，衬底上依次沉积重掺杂n型GaN和轻掺杂n型GaN，局部台面刻蚀掉轻掺杂n型GaN，阴极的金属与重掺杂n型GaN形成了欧姆接触（Ohmic contact），阳极的金属与轻掺杂n型GaN形成了肖特基接触（Schottky contact），这种传统GaN肖特基二极管有着开关性能好和负载电压高的优点，但是不足之处在于反向漏电比较大，反向的耐压和功率比较低，正向可通过电流密度因为受到单极电荷的限制也比较低；同时，平面结构会占用更多的晶圆面积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种GaN肖特基二极管及其制造方法。

本发明的GaN肖特基二极管具有垂直结构，当正向加低电压时，轻掺杂n型GaN与肖特基金属接触形成的肖特基结导电电流起主导作用，这样就保留了传统肖特基二极管低开启电压的特性；p型重度离子掺杂GaN区与轻掺杂n型GaN形成了PN结，当正向电压增大，PN结开启后，器件的正向电流由PN结电流占主导，PN结载流子的注入使得本发明的GaN肖特基二极管可以通过更大的电流强度；在器件上加反向电压时，PN结就产生了空间电荷区，肖特基电极下会布满空间电荷区，在空间电荷区的作用下，器件的反向漏电会大幅度降低。因此，本发明在保留与传统肖特基二极管相近的开启电压的同时，正向可通过更大电流，反向漏电流更小，并且反向可承受更大的电压和功率。

为实现上述目的，本发明提供了一种GaN肖特基二极管的制造方法，包括下述步骤：

提供一衬底；在所述衬底上沉积成核层和/或缓冲层；在所述成核层和/或缓冲层上沉积重掺杂n型GaN层；在所述重掺杂n型GaN层上沉积轻掺杂n型GaN层，所述轻掺杂n型GaN层的表面存在有多个p型重度离子掺杂GaN区；在所述轻掺杂n型GaN层表面上沉积绝缘层或介质层；在所述绝缘层上定义有肖特基电极区域，在所述肖特基电极区域开孔；在所述开孔的肖特基电极区域中沉积与轻掺杂n型GaN层表面相接触的肖特基电极；在所述衬底上定义有欧姆电极区域，在所述欧姆电极区域开孔；在所述开孔的欧姆电极区域中沉积与所述重掺杂n型GaN层相接触的欧姆电极。

优选的，在所述衬底上的欧姆电极区域开孔前，对衬底进行减薄。

优选的，当衬底为氮化镓时，阴极区域不需要开孔，衬底不需要进行减薄。

优选的，所述p型重度离子掺杂GaN区通过镁离子注入和高温退火来实现。

优选的，所述肖特基电极下方的p型重度离子掺杂GaN区间隔处处相等。

优选的，所述肖特基电极下方的p型重度离子掺杂GaN区的俯视形状为没有尖锐角度的长条形、六边形或者圆形。

优选的，所述肖特基电极的边缘和所述绝缘层的下方存在多个呈环形的p型重度离子掺杂GaN区。

优选的，所述肖特基电极具有场板结构。

优选的，所述肖特基电极由金、铂、镍、钯、钴、铜、银、钨、钛和钨化钛中的一种或两种以上材料形成。

优选的，所述欧姆电极具有场板结构。