[发明专利]一种限流二极管

说明书

本发明属于半导体技术领域，涉及一种限流二极管。本发明提出了一种新型限流二极管，运用薄势垒AlGaN/GaN异质结上生长电荷恢复层调制二维电子气的技术，在实现器件增强型，具有较低开启电压，较大反向耐压的前提下，该结构的优势在于电荷恢复层刻蚀所用的氟基气体对于电荷恢复层下方的势垒层几乎不会造成任何刻蚀效果，最终可以实现自终止在AlGaN界面处以实现对势垒层精确控制的目的。该发明避免对AlGaN层的刻蚀，不会对AlGaN层造成破坏，所以器件具有较大的电流密度，较高的电子迁移率和较低的导通电阻。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种限流二极管。

背景技术

由于具备高的反向击穿电压，较高压电极化效应形成的载流子浓度以及较大的电子迁移率，氮化镓功率器件已经成为下一代高频大功率器件的最佳选择之一。近年来，AlGaN/GaN异质结增强型HEMT器件已经得到广泛的研究。但是，氮化镓异质结材料功率二极管并没有得到足够的关注，尤其是氮化镓限流二极管。

由于LED照明业的空前发展，对于限流二极管(整流器)的需求也日渐增多。限流二极管不仅被用于LED照明的亮度控制，也能用于保护功率器件避免因过流，过载而可能造成的损坏。

限流器的研究已经在碳化硅、硅功率器件中得到了比较成熟的研究，例如垂直耗尽型MOSFET,SiC垂直JFET等。但是鲜有氮化镓功率二极管的报道，结合氮化镓功率器件和InGaN/GaN LEDs的优势，可以进一步提高系统的可靠性，减小因互联而带来的寄生效应。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新型限流二极管(如图5)，薄势垒AlGaN/GaN异质结(如图2)替代传统异质结材料(如图1)，运用薄势垒材料上生长电荷恢复层(如图3)调制二维电子沟道的技术，避免了因为刻蚀势垒层而带来的晶格损伤，保证二维电子气的电子迁移率不会因为刻蚀后的缺陷散射而降低，同时实现精确控制势垒层厚度的目的。运用刻蚀阴极电荷恢复层形成阶梯状(8)，对阴极附近的电场形成一个有效的调制作用，改变阶梯的长度，宽度和深度，进而实现对阴极下方的二维电子气的调控作用，也进一步实现二极管的整流能力。

本发明提出的一种新型限流二极管工作原理为：源极、漏极与器件有源区表面形成欧姆接触作为电流输入、输出端口。在源极漏极紧靠源极之间，通过局部全刻蚀电荷恢复层形成栅槽，并在此结构上通过肖特基金属短接源极制得器件阳极。源极漏极紧靠漏极之间，刻蚀阴极电荷恢复层形成阶梯状，并在此结构上通过肖特基金属短接漏极形成器件的阴极。当栅极(阳极)不加电压时，由于栅极下方局部2-DEG的局部耗尽形成较高势垒，电子不能通过，源极漏极之间看做不能导通，器件处于关断状态。当给栅极(阳极)施加一足够高的正电压时，势垒降低，栅下二维电子气沟道恢复连通，源极漏极之间便能够导通，器件处于开启状态。同时，阴极的阶梯状场板结构，调节阶梯的长度，宽度和深度，对阴极下方的电场起到明显的调制作用，实现电流的快速饱和而不改变器件的开启电压。

传统槽栅结构的器件(如图4)，整个栅极下方的电子被完全耗尽，同时涉及到势垒层的全刻蚀或部分刻蚀，上述过程是难以精确控制的。当采用薄势垒材料的构造来制备器件，通过刻蚀电荷恢复层能够同样实现对二维电子气的耗尽作用，该种做法的优势在于电荷恢复层刻蚀所用的氟基气体对于电荷恢复层下方的势垒层几乎不会造成任何刻蚀效果，最终可以实现自终止在AlGaN界面处以实现对势垒层精确控制的目的，避免刻蚀势垒层造成的晶格损伤，降低了缺陷散射对二维电子气(3)中电子迁移率的不利影响，提高了器件的正向导通特性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：