[发明专利]电流孔径二极管及其制作方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2012年6月22日提交的美国申请No.13/530,481并要求其优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本技术涉及半导体二极管及其制作方法。

背景技术

相比于传统的硅基PN或PIN二极管，使用宽禁带半导体材料的肖特基二极管具有高击穿电压、低导通电阻、和低开关损耗的优点。图1描绘了现有的肖特基二极管，其阳极和阴极由n+SiC层和n-SiC层分开。根据该技术的原理，我们提出了一种新的使用GaN基半导体材料的二极管设计。相对于现有技术中的SiC二极管，这种新的设计展现出了性能的改进，如降低的导通电阻(Ron)、更低的泄漏电流、降低的正向电压降、降低的对于材料缺陷的敏感度、以及由于所使用的材料带来的更低的造价等。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种二极管，其具有：阴极；阳极；配置在所述阴极与所述阳极之间的多个半导体层，所述多个半导体层形成了在所述多个半导体层中的两个半导体层之间的异质结面，其中所述两个半导体层由不同材料形成，所述两个半导体层的一种材料的带隙比所述两个半导体层的另一层的材料的带隙更高，由较高带隙的材料形成的半导体层被配置为比由所述另一种材料形成的半导体层离所述阳极更近；以及电介质层，其配置在具有所述较高带隙的材料的所述半导体层与所述阳极之间，所述电介质层具有形成于其中的一个或多个开口或沟槽，所述阳极穿过所述开口或沟槽突出进入至少具有所述较高带隙的材料的所述半导体层中。

在本发明的另一个方面中，提供了一种制作二极管的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上形成两个半导体层，这两个半导体层由不同材料形成，所述两个半导体层的第一材料具有相对较低的带隙，所述两个半导体层的第二材料具有相对较高的带隙，所述第一材料的半导体层直接形成在所述衬底上，所述第二材料的半导体层直接形成在所述第一材料的半导体层上；在所述第二材料的半导体层上形成电介质层；形成穿透电介质材料的一个或多个开口或沟槽；在所述电介质层上和所述一个或多个开口或沟槽中形成阳极，使得阳极的材料至少与所述第二材料的半导体层接触；以及形成与所述衬底接触的阴极。

在本发明的又一个方面中，提供了一种降低二极管中的正向偏压降的方法，该方法包括以下步骤：在由位于所述二极管的阳极与阴极之间配置的两种半导体材料形成的异质结之间添加电介质材料层，异质结形成了二维电子气传导通道；以及在所述电介质材料层中形成至少一个沟槽或开口，使得所述阳极仅仅通过位于所述电介质材料层中的所述至少一个沟槽或开口来与所述异质结的二维电子气传导通道接触，在所述电介质材料层中形成所述至少一个沟槽或开口后，位于所述电介质材料层中的所述至少一个沟槽或开口的总开口尺寸小于所述电介质材料层的剩余表面积。

附图说明

图1描绘了现有技术的肖特基二极管的侧视图。

图2描绘了一个实施例的肖特基二极管的侧视图。

图3为与图2的肖特基二极管类似的侧视图，但是在该图中增加了尺寸，从而更详细地展示肖特基二极管的一个可能的实施例。

图3a为示出了阳极突出部分形状的一种可能的实施例的俯视图，其中剖面线3-3示出了图3的侧视图出现的位置(在彼此成直角的两个位置)。

图4a和图4b描绘了(多个)阳极突出部分的形状的另一些可能的实施例。

图5a和图5b描绘了在正向偏压(图5a)和反向偏压(图5b)条件下的图2的设备。

图6为当前的优选设备的电流与正向电压降(以浅灰色线条示出了其测量到的电压降)之间的关系、以及传统GaN肖特基二极管的电流与正向电压降(以黑色线条示出了其测量到的电压降)之间的关系的对比曲线图。

具体实施方式

图2描绘了根据本发明的原理的改良的肖特基二极管的一个可能的实施例的侧视图。图3描绘了与图2非常相似的侧视图，但是额外指定了某些层和开口的尺寸。提供这些尺寸以展示与图2的实施例对应的一个可能的实施例，其本身是根据本发明的原理的肖特基二极管的一个可能的实施例。

图2和图3的侧视图仅展示了一个完整的二极管的侧视图的一部分。在一个二极管上，所描绘的开口22通常会重复许多次，而为了便于说明只展示了几个开口22。