[发明专利]一种带有斜场板结构的氮化镓肖特基二极管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种带斜场板结构的氮化镓肖特基二极管及其制作方法，主要解决现有技术击穿电压偏低、可靠性差的问题。其自下而上，包括欧姆阴极金属层(1)、N⁺氮化镓衬底层(2)、N^‑氮化镓外延层(3)及肖特基阳极金属层(5)，该N^‑氮化镓外延层与肖特基阳极金属层之间增设有P型氧化镍层(4)；该N^‑氮化镓外延层两端的上方及P型氧化镍层两端的上方设有钝化介质层(6)；该肖特基阳极金属层与钝化介质层上方设有金属场板层(7)，该金属场板层采用厚度为50～200nm的斜面场板结构。本发明增高了垂直型氮化镓肖特基势垒二极管的反向击穿电压，降低了反向漏电流，可用于汽车电子和开关电源。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别是涉及氮化镓肖特基二极管，可用于各种高功率电子部件。

背景技术

自20世纪以来，人们对于电气的依赖和需求越来越大，使得电力电子技术得到巨大发展。功率器件作为电力电子技术发展的基础，其性能决定了电力系统的功率和效率。如今，硅功率器件的发展已渐逼材料的物理极限，以氮化镓为代表的第三代半导体是硅材料的良好替代品。氮化镓具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高、饱和速度高等优势，采用此材料制作出的肖特基二极管具有反向击穿电压大，正向导通电流大，耐受性好的特性，在高温、高压、高频的功率器件领域中具有不可替代的位置，具有巨大的应用前景。

结合国内外的发展，目前氮化镓肖特基二极管仍存在一些问题。自身异质结材料具有一定位错密度是一直以来背后研究人员关注的问题，除此之外，由于一些寄生效应的影响，氮化镓肖特基二极管的反向击穿电压与漏电流这两个关键指标严重偏离理想值。研究人员提出方案，大多通过改进制作工艺和器件结构这两个方面解决上述问题，以使氮化镓肖特基二极管能够充分发挥其性能优势。

现有的氮化镓二极管结构如图1所示，其自下而上，包括欧姆阴极金属层、N+氮化镓衬底层、N-氮化镓外延层和肖特基阳极金属层。这种氮化镓二极管结构由于反向耗尽不够彻底，使得器件的漏电流增大，偏离理想值，同时由于未增加终端保护结构，易在器件的肖特基结边缘处发生击穿，造成反向击穿电压大幅下降，不能很好发挥氮化镓材料的优势，器件性能较差。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种带有斜场板结构的氮化镓肖特基二极管及其制作方法，以有效增大氮化镓二极管的反向击穿电压、降低漏电流，提升器件性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种带有斜场板结构的氮化镓肖特基二极管，其自下而上包括欧姆阴极金属层、N+氮化镓衬底层、N-氮化镓外延层及肖特基阳极金属层，其特征在于：在N-氮化镓外延层与肖特基阳极金属层之间增设有P型氧化镍层；在N-氮化镓外延层两端的上方及P型氧化镍层两端的上方设有钝化介质层；在肖特基阳极金属层与钝化介质层上方设有金属场板层，该金属场板层采用厚度为50～200nm的斜面场板结构。

进一步，所述P型氧化镍层的厚度为50～200nm。

进一步，所述欧姆阴极金属层，采用Ti、Al、Ni、Au和Pt金属中的一种材料形成单层或多种材料组成多层；所述肖特基阳极金属层，采用Ni、Au和W金属中的一种材料形成单层或多种多层材料组成多层。

进一步，所述钝化介质层采用的介质材料为SiO2、Al2O3、SiN中的任意一种，其厚度为50nm～200nm。

进一步，所述N+氮化镓衬底层的载流子浓度为10E17cm-3～10E18cm-3；氮化镓外延层的厚度为3um～10um，载流子浓度应为10E15cm-3～10E16cm-3。

2.一种氮化镓肖特基二极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：