[发明专利]一种具有极化p型掺杂的[0001]晶向的铝镓氮场环终端的肖特基势垒二极管结构

说明书

本发明为一种具有极化p型掺杂的[0001]晶向的铝镓氮场环终端的肖特基势垒二极管结构。该器件结构沿外延生长方向依次包括：欧姆接触电极、N⁺衬底、N^‑漂移层；N^‑漂移层上分布有2～10个半径不同的同心Al_x→0Ga_1‑x→1N场环；最外侧Al_x→0Ga_1‑x→1N场环的內缘以及里侧Al_x→0Ga_1‑x→1N场环上覆盖有欧姆接触电极，欧姆接触电极上以及Al_x→0Ga_1‑x→1N场环之间的沟槽内为肖特基电极。本发明能够有效地提高器件击穿电压并且不会造成器件正向特性退化，制备方法操作性强，成本低，工艺简单可靠，适于工业上的推广使用。

技术领域

本发明涉及电力电子器件领域，尤其涉及一种具有极化p型掺杂的[0001]晶向的铝镓氮(Al_x→0Ga_1-x→1N)场环终端的肖特基势垒二极管结构和制备方法。

背景技术

现阶段，电力电子器件技术是发展国家“芯”基建工程的关键核心器件，主要涉及通信、电力、交通、数字等多个社会名声重点行业；是实现5G基站、特高压输电、高速城际轨道交通、高效新能源汽车，实现“碳达峰、碳中和”目标的根本驱动力。最近几年，宽禁带半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、甚至氧化镓(Ga₂O₃)等材料得到了众多研究人员的广泛关注，逐渐开始取代以硅(Si)为基底的功率器件。其中，GaN基肖特基势垒二极管(SBD)由于具有低的开启电启(V_on)和高的工作频率而迅速引起研究人员的兴趣。然而，在高的反向偏置下，金属与半导体接触界面和接触边缘会出现局部电场拥挤现象，这将会造成器件的过早击穿。因此，为了减小金属与半导体接触边缘的强电场，实现低的漏电流以及高的击穿电压，有很多有效的边缘终端技术被提出，例如，场环结构(field ring)、场板结构(fieldplate)、离子注入终端结构(ion implantation termination)等。其中，场环结构是最常用于Si基，甚至SiC基功率器件中的一种边缘终端技术。然而，对于宽禁带半导体GaN，以及Ga₂O₃来说，因为缺乏有效的P型掺杂离子、P型杂质激活率低、激活退火温度高等问题限制了P型宽禁带半导体场环终端结构的进一步发展。相应地，更多的研究人员开始研究其他的场环技术，例如氟离子(F^-)注入场环、结边缘高阻场环、以及结边缘绝缘场环等。然而，这些场环技术会一定程度的降低器件的可靠性，甚至提高器件的正向导通电阻，造成器件正向特性的退化。因此，寻找一种能够有效地提高器件击穿电压并且不会造成器件正向特性退化的结边缘场环终端是现阶段甚至未来研究人员致力于关注的方面。

发明内容

本发明的目的是针对传统的肖特基势垒二极管(SBD)结构和技术中存在的不足，提供一种具有极化p型掺杂的[0001]晶向的铝镓氮(Al_x→0Ga_1-x→1N)场环终端的肖特基势垒二极管结构。该器件结构通过在N^-漂移层上生长一层具有铝(Al)组份渐变减小的[0001]晶向的铝镓氮(Al_x→0Ga_1-x→1N)层，然后通过刻蚀形成多个Al_x→0Ga_1-x→1N场环结构。铝组分渐变减小的Al_x→0Ga_1-x→1N层由于极化效应形成的具有负电特性的极化体电荷，无需任何p型掺杂，即可实现p型的AlGaN层。本发明方法可操作性强，成本低，工艺简单可靠，适于工业上的推广使用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：