[发明专利]阴阳极交替的大电流GaN肖特基二极管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种阴阳极交替的大电流GaN肖特基二极管器件，主要解决现有GaN肖特基二极管器件无法满足更大电流以及更大功率应用需求的问题，其自下而上包括：衬底(1)、高阻Buffer层(2)、AlGaN势垒层(3)、AlN插入层(4)和GaN层(5)；GaN层(5)上设有钝化层(6)和阴极(7)，钝化层(6)和阴极(7)上设有介质层(8)；高阻Buffer层、AlGaN势垒层、AlN插入层、GaN层、钝化层和介质层内贯穿有凹槽(9)，该凹槽上设有阳极(10)，且阴极和阳极采用阳极环与阴极环的同心交替嵌套结构。本发明提高了阳极利用率，增大了电流密度，可用于微波整流、限幅器、功率开关和功率转换电路。

技术领域

本发明属于宽禁带半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN肖特基二极管，可用于微波整流、限幅器、功率开关和功率转换电路。

背景技术

随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。功率电子器件如功率整流器和功率开关广泛应用于各个领域，然而，随着硅工艺的多年发展，硅基功率电子器件已经逐渐接近其理论极限。近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带隙半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高和饱和电子漂移速度大等多方面性能优势在国际上引起了广泛的关注，相关研究成果不断被报道。

在多种基于宽禁带半导体材料的功率电子器件中，GaN肖特基二极管由于其优越特性近年来受到了广泛关注。其中环形凹槽结构的GaN肖特基二极管如图4所示，自其下而上包括：衬底、高阻Buffer层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN层，GaN层上设有钝化层和阴极，钝化层和阴极上设有介质层；高阻Buffer层、AlN插入层、AlGaN势垒层、GaN层、钝化层和介质层内贯穿有凹槽，该凹槽上设有阳极,其中阴极和阳极的结构如图5所示：其中阳极位于凹槽之上，阴极位于GaN层上，阴极和阳极之间为钝化层和介质层，阴阳极间距为3μm－5μm。

该GaN肖特基二极管同时具有低开启电阻、高击穿电压和很小的反向恢复时间等优异特性，因此被广泛应用于微波整流电流、限幅器、功率开关等电路。但是随着人们对功率器件要求越来越高，常规环形凹槽GaN肖特基二极管难以满足需求。为了提高电流密度，阳极半径通常做的很大，这是因为常规环形凹槽GaN肖特基二极管的二维电子气是被刻断的，阳极金属与高阻Buffer层直接接触，所以实际上只有与二维电子气直接接触的部分会影响电流密度大小，即是阳极金属圆形的周长影响电流密度大小。但是，由于阳极半径实际起作用的只是与二维电子气直接接触的1－2μm这部分，因而这种结构的阳极大部分区域被浪费了，仍然无法满足高频以及功率器件的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有环形凹槽的GaN肖特基二极管器件的电流无法满足高频及功率器件需求的不足，提出一种阴阳极交替的大电流GaN肖特基二极管以及制作方法，以提高阳极利用率，增大电流密度，满足GaN基电子器件在高频器件、功率器件领域的应用要求。

本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种阴阳极交替的大电流GaN肖特基二极管，自下而上包括：衬底、高阻Buffer层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN层，GaN层上设有钝化层和阴极，钝化层和阴极上设有介质层；高阻Buffer层、AlN插入层、AlGaN势垒层、GaN层、钝化层和介质层内贯穿有凹槽，该凹槽上设有阳极，其特征在于：

阳极采用以实心圆为中心，外部分布有多个阳极开口圆环；阴极采用分布在阳极环之间的多个阴极开口圆环，形成阳极环与阴极环的同心交替嵌套结构；

阳极环与阴极环之间的间距均为1μm－50μm，且最大开口圆环半径为90μm－120μm；中心的阳极实心圆半径为0.5μm－3μm，阳极圆环与阴极圆环宽度均为1μm－5μm。

作为优选，所述钝化层采用LP-SiN材料，厚度为20nm－30nm。