CN102903762B

CN102903762B - 一种肖特基二极管及其制备方法

Info

Publication number: CN102903762B
Application number: CN201210403342.9A
Authority: CN
Inventors: 谢刚; 汤岑; 盛况; 郭清; 汪涛; 崔京京
Original assignee: SUZHOU YINGNENG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU YINGNENG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: CN102903762A

Abstract

本发明提供一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，利用异质结结构，使相邻Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，Ⅲ族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在金属场板和最上层的Ⅲ族氮化物层之间的至少一个具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层。本发明提供的肖特基二极管能够同时提高反向耐压能力和正向导通能力。

Description

一种肖特基二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种肖特基二极管及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

二极管在功率电路中有着非常广泛的应用，典型的功率电路期望的理想二极管应该包括以下特性：第一、当器件处于反偏状态时(阴极电压远高于阳极电压),二极管需要能够承担尽可能高的电压，其耐压大小取决于电路对器件的性能要求，在很多高压功率切换应用中，需要二极管能够承担600V或1200V的反压；第二、当器件处于正偏状态时，又需要其正向导通电压尽可能低，以此来减小导通损耗，即需要足够低的正向导通电阻；第三、反偏时储存在二极管中的电荷要尽可能低，以保证转换过程中的低开关损耗。

肖特基二极管是以金属（金、银、铝、铂等）为阳极，以N型半导体为阴极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。传统硅功率半导体材料形成的肖特基二极管的反向耐压能力和正向导通能力都不尽如人意。

Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料以其相对于第一代硅功率半导体材料的更优秀的导通和阻断能力而成为半导体材料的优秀代表，人们纷纷研究利用Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料来制作半导体器件。目前，使用异质结结构的氮化物半导体器件已经广为人知。现有技术中已经出现了利用AlGaN/GaN异质结结构制造的肖特基二极管。

中国专利文献CN101840938A公开了一种氮化镓异质结肖特基二极管（见图1），包括一个衬底、一个形成在衬底上的GaN层、一个形成在GaN层之上的AlGaN层、一个形成在AlGaN层之上的金属层以及一个形成在AlGaN层顶部表面且位于金属层一个边缘下方的高势垒区，其中，GaN层和AlGaN层构成二极管的阴极区，金属层作为二极管的阳极电极，高势垒区的带隙能量高于AlGaN层，或者高势垒区的电阻率比AlGaN层更大。该专利文献中公开的氮化镓异质结肖特基二极管，在AlGaN层中，靠近肖特基金属的顶部区域，通过离子注入等方式形成了高势垒区114，即对所述AlGaN层进行了修改，所述高势垒区114的材料的带隙宽度比AlGaN半导体层的带隙宽度还要宽，通过设定这样的高电阻率的宽带隙势垒材料，可以对该位置的电场进行抑制，有效降低电场尖峰，从而优化电场，提高耐压。但是，该文献中公开的氮化镓异质结肖特基二极管仍然存在以下缺陷：

第一、该文献中公开的肖特基二极管，其高势垒区114在AlGaN层的顶面向下凹陷形成，在实际的制备工艺中，需要先通过外延生长的方式形成GaN和AlGaN的异质结，然后需要在已经成型的AlGaN的顶面定义一个向下凹陷的开口，用于注入具有较高带隙能量的材料，从而形成高势垒区114，在此过程中，由于需要事先定义开口（一般采用挖掉一部分AlGaN的办法），不但工艺复杂，而且在向开口注入较高带隙能量的材料后，容易在两者的接触部位形成较多的缺陷，从而影响了肖特基二极管的最终耐压能力的提升，进而对其反向耐压能力的提升造成一定的限制；

第二、该文献中公开的肖特基二极管，所述高势垒区由AlGaN层组成，在所述AlGaN层中植入Mg、Cd、Zn、Ca、N、O、C或者一个二氧化硅层来对所述AlGaN层进行修改，从而形成高势垒区，在此过程中，发明人在修改AlGaN层的过程中，只关注植入的元素层是否有助于形成高带隙能量或者高电阻率的高势垒区，而不关注其注入的元素是否助于改进该肖特基二极管的正向导通能力，实际上，根据上述记载，当其注入的元素为N、O、C甚至惰性气体时，对于改进肖特基二极管的正向导通能力无法起到良好的作用，从而使该文献中公开的肖特基二极管很难同时保证良好的耐压和导通能力，进而影响其在功率器件集成化方面的应用。

公开于Proc.ofSPIEVol.7216721606-7中的名称为“RecentAdvancesofHighVoltageAlGaN/GaNPowerHFETs”的外文文献公开了一种设置在栅极下方的P-AlGaN层，而鉴于栅极电压一般较低，很难突破PN结的内建电势，从而无法将P-AlGaN中的空穴推出，从而对于正向导通能力的影响较小；更为重要的是，即使强制使栅极工作在足够高的电压之下，从而使栅极电压高于PN结内建电势，进而推出空穴，在持续的往下推空穴过程中，会形成栅极往下的电流，从而使栅极产生大的泄漏电流，进而产生安全隐患，因此，该文献中公开的P-AlGaN层并不是为了达到对于正向导通能力提升的目的；同时，该文献中栅极下方的P-AlGaN层，其本身处在反向耐压时的一个电场尖峰下面，并且限定在栅极下方的内部区域，从而无法起到抑制电场尖峰的目的，进而无法提高反向耐压能力。实际上，根据该文献在摘要部分第二段的记载，该文献中设置P-AlGaN层是为了实现器件的常断特性。因此，本领域技术人员很难从该文献中得到利用P-AlGaN层来提高肖特基二极管正向导通能力和反向耐压能力的技术启示。

综上所述，现有技术中缺少一种能够同时提高正向导通能力和反向耐压能力的肖特基二极管。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够同时提高正向导通能力和反向耐压能力的肖特基二极管。

为此，本发明提供一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，相邻所述Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，所述Ⅲ族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，所述Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和最上层的Ⅲ族氮化物层之间的具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层。

所述Ⅲ族氮化物层为GaN层和AlGaN层。

最上层的所述Ⅲ族氮化物层为AlGaN层。

最上层的所述Ⅲ族氮化物层为GaN层。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为P型掺杂的GaN层。

所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间。

所述P型掺杂的GaN层在与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的不同区域的掺杂浓度不同，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。

所述金属场板具有与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的部分和不与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的向外延伸的部分，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层位于所述向外延伸的部分与最上层的所述Ⅲ族氮化物层形成的填充间隙之间。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为圆环形。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层有一部分伸出所述填充间隙。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，且所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层有一部分嵌入所述金属场板的所述向外延伸的部分内。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为阶梯形，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大。

所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为锯齿形，且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大。

在所述金属场板的所述接触的部分和最上层的Ⅲ族氮化物连接界面处设置绝缘材料形成的侧壁。

还包括设置在所述衬底层之上的晶核层和设置在所述晶核层之上的缓冲层。

所述衬底层为绝缘衬底或非绝缘衬底。

所述绝缘衬底为蓝宝石、Si、或SiC中的任意一种。

包括如下步骤：

A.制备衬底层；

B.在所述衬底层上形成一系列Ⅲ族氮化物层，相邻所述Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道；

C．在最上层所述Ⅲ族氮化物层的表面上形成具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层；

D.在具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层上沉积金属，形成金属场板及肖特基接触的阳极电极；

E．在一系列Ⅲ族氮化物层的径向两端刻蚀出深槽，在所述深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极。

在所述步骤B中，所述Ⅲ族氮化物层为GaN层和AlGaN层。

在所述步骤B中，最上层的所述Ⅲ族氮化物层为GaN层。

在所述步骤B中，最上层的所述Ⅲ族氮化物层为AlGaN层。

在所述步骤C中，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为P型掺杂的GaN层。

本发明提供的肖特基二极管具有以下优点：

1.本发明提供的肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，相邻所述Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，所述Ⅲ族氮化物层与阴极电极形成欧姆接触，所述Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和所述最上层的Ⅲ族氮化物层之间的具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层。本发明提供的肖特基二极管通过增加的金属场板和P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层，一方面能在反压时提高耐压，另一方面能在正向导通时提高导通能力。具体来说，正向导通时，相邻异质的Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气，呈现N型特性，而P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层呈现P型特性，整体来看两者构成了纵向的PN二极管，PN结存在内建电势,正向导通时，增强层上方的与阳极连接的金属场板为正压，当正压超过PN结内建电势时，增强层中的空穴会被推入N型的Ⅲ族氮化物层中，由于在器件内部，处处都应当遵守电荷平衡，即正负电荷数相等，额外推入的空穴，势必会吸引额外的电子来电荷平衡，但是被吸引过来的电子却没法停留在空穴附近就被横向的电场带走，但马上又会有新的电子出现来进行电荷平衡，于是连续不断的形成了额外的电流，从而提升了二极管的正向导通能力。反向耐压时，金属场板能够有效的抑制电场尖峰，同时，由于P型掺杂Ⅲ族氮化物层有大量空穴，会额外耗尽二维电子气，进而提升了二极管的反向耐压能力。

2.本发明提供的肖特基二极管，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为锯齿型，且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内。该种结构的肖特基二极管，由于所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为锯齿形且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大，此时，实际上，所述金属场板的所述向外延伸的部分也形成为锯齿形，从而具有多个场板突起，形成多个不那么高的电场尖峰，同时，由于所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大，从而使得从阳极向阴极方向的P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的分布越来越大，而越大的P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层越会在反向耐压时更多地耗尽沟道中的二维电子气，也能更好的提升耐压能力。

3.本发明提供的肖特基二极管，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为阶梯形，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大。该种结构的肖特基二极管，由于所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为阶梯形且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大，此时，实际上，所述金属场板的所述向外延伸的部分也形成为梯形，从而具有梯度的斜坡，形成多个不那么高的电场尖峰，同时，由于所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大，从而使得从阳极向阴极方向的P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的分布越来越大，而越大的P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层越会在反向耐压时更多的耗尽沟道中的二维电子气，也能更好的提升耐压能力。

4.本发明提供的肖特基二极管，所述P型掺杂的GaN层在与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的不同区域的掺杂浓度不同，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大，越大浓度的P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层越会在反向耐压时更多的耗尽沟道中的二维电子气，也能更好的提升耐压能力。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的实施例1提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图2是本发明的实施例2提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图3是本发明的实施例3提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图4是本发明的实施例4提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图5是本发明的实施例5提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图6是本发明的实施例6提供的肖特基二极管的剖面示意图；

图7是没有金属场板和P-GaN增强层的肖特基二极管反向时临界击穿的横向电场分布；

图8是只有一个金属场板但是没有P-GaN增强层的肖特基二极管反向时临界击穿的横向电场分布；

图9是加入了金属场板且具有P-GaN增强层的肖特基二极管反向时临界击穿的横向电场分布；

图中附图标记表示为：

100、200、300、400-衬底层；101、201、301、401-晶核层；102、202、302、402-缓冲层；103、203、303、403-GaN层；104、204、304、404-AlGaN层；105、106,205、206、306、307、406、407-P-GaN增强层；107、207、305、405-金属场板；108、109、208、209、308、309、408、409-阴极；110-绝缘材料形成的侧壁。

具体实施方式

本发明的核心目的在于提供一种能够同时提高反向耐压能力和正向导通能力的肖特基二极管，为了实现该核心目的，本发明的核心技术手段是在传统肖特基二极管的基础上进行改进，主要通过对金属场板以及对增强层的特殊设计来实现上述目的。

下面结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种肖特基二极管，包括蓝宝石形成的衬底层100、位于衬底层上方的晶核层101、位于晶核层101上方的缓冲层102、形成在所述缓冲层102上的GaN层103以及位于GaN层103之上的AlGaN层104，GaN层103和AlGaN层104之间形成二维电子气沟道，GaN层103和AlGaN层104与阴极108、109形成欧姆接触，AlGaN层104与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板107以及填充在所述金属场板107和AlGaN层104之间的圆环形的P-GaN增强层105、106。

在本实施例中，两个P-GaN增强层105、106的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。

在本实施例中，如图1所示，所述金属场板107具有与AlGaN层104接触的部分和向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，所述P-GaN增强层105、106为圆环形，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与AlGaN层104形成的填充间隙。

本实施例提供的一种肖特基二极管的制备方法，包括如下步骤：

A.制备由蓝宝石形成的衬底层100；

B.采用外延生长的方式在所述衬底层100上依次向上形成晶核层101、缓冲层102、GaN层103以及AlGaN层104；

C．在AlGaN层104表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度位于1E13-1E20/cm³之间的P-GaN增强层105、106；

D.在P-GaN增强层105、106以及所述水平间隙之间沉积金属，形成金属场板107及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板107具有与AlGaN层104接触的部分和不与AlGaN层104接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，所述P-GaN增强层105、106为圆环形，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与AlGaN层104形成的填充间隙；

E．AlGaN层104的径向两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至GaN层103，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极108、109。

为了进一步提高成品肖特基二极管的方向耐压能力，本实施例中，所述P-GaN增强层105、106的掺杂浓度向着阴极108、109延伸的方向逐渐增大。

实施例2

本实施例提供一种肖特基二极管，包括Si形成的衬底层200、位于衬底层上方的晶核层201、位于晶核层201上方的缓冲层202、形成在所述缓冲层202上的GaN层203以及位于GaN层203之上的AlGaN层204，GaN层203和AlGaN层204之间形成二维电子气沟道，GaN层203和AlGaN层204与阴极208、209形成欧姆接触，AlGaN层204与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板207以及填充在所述金属场板207和AlGaN层204之间的圆环形的P-GaN增强层205、206。

在本实施例中，两个P-GaN增强层205、206的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。

在本实施例中，如图2所示，所述金属场板207具有与AlGaN层204接触的部分和不与AlGaN层204接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层205、206分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层204之间，所述P-GaN增强层205、206为圆环形，所述P-GaN增强层205、206的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层205、206分别有一部分嵌入所述金属场板207的所述向外延伸的部分内。

A.制备由Si形成的衬底层200；

B.采用外延生长的方式在所述衬底层200上依次向上形成晶核层201、缓冲层202、GaN层203以及AlGaN层204；

C．在AlGaN层204表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度位于1E13-1E20/cm³之间的P-GaN增强层205、206，所述P-GaN增强层205、206为圆环形，；

D.在P-GaN增强层205、206上沉积金属，形成金属场板207及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板207具有与AlGaN层204接触的部分和不与AlGaN层204接触的向外延伸的部分，并使所述P-GaN增强层205、206分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层204之间，所述P-GaN增强层205、206的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层205、206分别有一部分嵌入所述金属场板207的所述向外延伸的部分内；

E．AlGaN层204的径向两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至GaN层203，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极208、209。

为了进一步提高成品肖特基二极管的反向耐压能力，本实施例中，所述P-GaN增强层205、206的掺杂浓度向着阴极208、209延伸的方向逐渐增大。

实施例3

本实施例提供一种肖特基二极管，包括SiC形成的衬底层300、位于衬底层上方的晶核层301、位于晶核层301上方的缓冲层302、形成在所述缓冲层302上的GaN层303以及位于GaN层303之上的AlGaN层304，GaN层303和AlGaN层304之间形成二维电子气沟道，GaN层303和AlGaN层304与阴极308、309形成欧姆接触，AlGaN层104与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板305以及填充在所述金属场板305和AlGaN层304之间的圆环形的P-GaN增强层307、307。

在本实施例中，P-GaN增强层307、306的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间，更为具体地，所述P-GaN增强层307、306与所述AlGaN层304接触的不同区域的掺杂浓度相同，都为1E17/cm³，当然，这一掺杂浓度的选取可以根据实际需要进行相应的改变，例如，将掺杂浓度改为1E14/cm³、1E15/cm³、1E16/cm³、1E13/cm³等。

在本实施例中，如图3所示，所述金属场板305具有与AlGaN层304接触的部分和不与AlGaN层304接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层307、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层304之间，所述P-GaN增强层305、306为锯齿形，且分别有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大。

A.制备由SiC形成的衬底层300；

B.采用外延生长的方式在所述衬底层300上依次向上形成晶核层301、缓冲层302、GaN层303以及AlGaN层304；

C．在AlGaN层304表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度为1E17/cm³的圆环形的P-GaN增强层307、306，所述P-GaN增强层307、306为锯齿形，所述锯齿形的锯齿向着阴极延伸的方向逐渐增大；

D.在P-GaN增强层307、306上沉积金属，形成金属场板305及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板305具有与AlGaN层304接触的部分和不与其接触的向外延伸的部分，并使所述P-GaN增强层307、306分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层304之间，且分别有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内；

E．AlGaN层304的径向的两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至GaN层303，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极308、309。

实施例4

本实施例提供一种肖特基二极管，包括SiC形成的衬底层400、位于衬底层上方的晶核层401、位于晶核层401上方的缓冲层402、形成在所述缓冲层402上的GaN层403以及位于GaN层403之上的AlGaN层404，GaN层403和AlGaN层404之间形成二维电子气沟道，GaN层403和AlGaN层404与阴极408、409形成欧姆接触，AlGaN层404与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板405以及填充在所述金属场板405和AlGaN层404之间的圆环形的P-GaN增强层407、406。

在本实施例中，两个P-GaN增强层407、406的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间，更为具体地，两个所述P-GaN增强层407、406与所述AlGaN层404接触的不同区域的掺杂浓度相同，都为1E20/cm³，当然，这一掺杂浓度的选取可以根据实际需要进行相应的改变，例如，将掺杂浓度改为1E14/cm³、1E15/cm³、1E16/cm³等。

在本实施例中，如图4所示，所述金属场板405具有与AlGaN层404接触的部分和不与其接触的两个向外延伸的部分，所述P-GaN增强层407、406分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层404之间，所述P-GaN增强层407、406为阶梯形，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大。

A.制备由SiC形成的衬底层400；

B.采用外延生长的方式在所述衬底层400上依次向上形成晶核层401、缓冲层402、GaN层403以及AlGaN层404；

C．在AlGaN层404表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度为1E20/cm³的圆环形的P-GaN增强层407、406，所述P-GaN增强层407、406为阶梯型，所述阶梯型的阶梯向着阴极延伸的方向逐渐增大；

D.在P-GaN增强层407、406上沉积金属，形成金属场板405及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板405具有与AlGaN层404接触的部分和不与其接触的两个向外延伸的部分，并使所述P-GaN增强层407、406分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层404之间，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内；

E．AlGaN层404的径向两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至GaN层403，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极408、409。

实施例5

本实施例提供的肖特基二极管是在实施例1基础上的变形，主要在于，GaN层103和AlGaN层104的位置互换，即从GaN/AlGaN的堆叠到AlGaN/GaN的堆叠，但是，在此，需要说明的是，本实施例中的材料层的互换是形成不同晶向的手段之一，而不是唯一手段，即使在不进行材料层互换的情况下，根据实际情况也可以形成不同的晶向，例如，对AlGaN层104的分子式进行修改，修改后的分子式为Al_ZGa_1-ZN，其中，分子式中的Z的区间为[0,0.5]。

如图5所示，本实施例提供一种肖特基二极管，包括蓝宝石形成的衬底层100、位于衬底层上方的晶核层101、位于晶核层101上方的缓冲层102、形成在所述缓冲层102上的AlGaN层104以及形成在AlGaN层104之上的GaN层103，GaN层103和AlGaN层104之间形成二维电子气沟道，GaN层103和AlGaN层104与阴极108、109形成欧姆接触，GaN层103与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板107以及填充在所述金属场板107和GaN层103之间的圆环形的P-GaN增强层105、106。

在本实施例中，P-GaN增强层105、106的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。

在本实施例中，如图5所示，所述金属场板107具有与GaN层103接触的部分和不与其接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106分别位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，所述P-GaN增强层105、106为圆环形，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与GaN层103形成的填充间隙。

A.制备由蓝宝石形成的衬底层100；

B.采用外延生长的方式在所述衬底层100上依次向上形成晶核层101、缓冲层102、AlGaN层104以及GaN层103；

C．在GaN层103表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度位于1E13-1E20/cm³之间的圆环形的P-GaN增强层105、106；

D.在P-GaN增强层105、106上沉积金属，形成金属场板107及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板107具有与AlGaN层104接触的部分和不与其接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，所述P-GaN增强层105、106为圆环形，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与GaN层103形成的填充间隙；

E．GaN层103的径向的两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至AlGaN层104，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极108、109。

为了进一步提高成品肖特基二极管的方向耐压能力，本实施例中，所述

P-GaN增强层105、106的掺杂浓度向着阴极108、109延伸的方向逐渐增大。

需要说明的是，对于本发明的实施例2-4来说，也可以进行本实施例所述的变形，即将实施2-4中的所述GaN层103和AlGaN层104的位置互换以形成不同的晶向，或者，在不进行位置互换的情况下，对AlGaN层104的分子式进行修改，修改后的分子式为Al_ZGa_1-ZN，其中，分子式中的Z的区间为[0,0.5]，经过该种修改后的104同样能够实现本发明的核心目的。

实施例6

本实施例提供的肖特基二极管是在实施例1的基础上做的另一种变形，主要在于在所述金属场板的所述接触的部分和AlGaN层104界面处填充绝缘材料形成的侧壁110。

如图6所示，本实施例提供一种肖特基二极管，包括蓝宝石形成的衬底层100、位于衬底层上方的晶核层101、位于晶核层101上方的缓冲层102、形成在所述缓冲层102上的GaN层103以及位于GaN层103之上的AlGaN层104，GaN层103和AlGaN层104之间形成二维电子气沟道，GaN层103和AlGaN层104与阴极108、109形成欧姆接触，AlGaN层104与阳极电极形成肖特基接触；还包括与阳极电极连接的金属场板107以及填充在所述金属场板107和AlGaN层104之间的圆环形的P-GaN增强层105、106。

在本实施例中，如图1所示，所述金属场板107为具有与AlGaN层104接触的部分和不与其接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，在所述P-GaN增强层105、106靠近所述金属场板107的接触的部分上具有由绝缘材料形成的侧壁110，所述绝缘材料为AlN，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与AlGaN层104形成的填充间隙。

A.制备由蓝宝石形成的衬底层100；

C．在AlGaN层104表面上采用外延生长的方式形成GaN层，并在GaN层上进行P型掺杂的注入，从而形成浓度位于1E13-1E20/cm³之间的圆环形的P-GaN增强层105、106；

D.在圆环形的所述P-GaN增强层105、106内壁上制备由绝缘材料形成的侧壁110，使得所述绝缘材料形成的侧壁位于所述所述P-GaN增强层105、106与所述金属场板107的所述接触的部分之间；

E.在所述P-GaN增强层105、106上表面沉积金属，形成金属场板107及肖特基接触的阳极电极，所述金属场板107具有与AlGaN层104接触的部分和不与其接触的向外延伸的部分，所述P-GaN增强层105、106位于所述向外延伸的部分与AlGaN层104之间，所述P-GaN增强层105、106的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述P-GaN增强层105、106分别有一部分伸出所述金属场板107的所述向外延伸的部分与AlGaN层104形成的填充间隙；

F．AlGaN层104的径向两端通过掩模板刻蚀出两个深槽，所述深槽延伸至GaN层103，在所述两个深槽内沉积金属，为肖特基二极管引出两个欧姆接触的阴极电极108、109。

值得注意的是，对于本发明的实施例2-5来说，也可以进行如本实施例所述的变形，即也可以在实施例2-5公开的肖特基二极管的所述P-GaN增强层的的内壁与金属场板接触的部分之间形成绝缘材料形成的侧壁110。

需要说明的是：

第一、对于本发明的实施例1-6来说，为了使得所述P-GaN增的增强效果更好（即正向导通能力和反向耐压能力更好），可以在实施例1-6中的所述步骤C和所述步骤D之间进行扩散退火（即进行完P型掺杂注入后进行扩散退火）；

第二、在本发明的实施例1-6中，金属场板与阴极电极之间的空间都由钝化物SiN来填充；

第三、在本发明的实施例1-6中，所述晶核层为Ⅲ族半导体材料层，所述晶核层为非导向性半导体衬底，例如氮化铝，所述缓冲层也为Ⅲ族半导体材料层，但是所述晶核层和所述缓冲层的组成成分不同，形成所述缓冲层的分子式为Al_XGa_1-XN，其中的摩尔系数X范围是0≤X≤0.5；

第四、在本发明的实施例1-6中，欧姆接触的阴极可以通过刻饰从而伸入到器件的内部，从而与二维电子气接触（如图1-6所示），也可以不与二维电子气接触；肖特基接触的阳极也可以伸入到器件的内部，从而与二维电子气接触，也可以不与二维电子气接触（如图1-6所示）；

第五、本发明所述的半导体材料不限于AlGaN和GaN材料，使用其他Ⅲ族元素同样可以形成拥有异质结结构的Ⅲ族半导体器件，例如AlGaN可以被替换成InGaN，InAlN等，GaN可以被替换成AlN等等。

图7是没有金属场板和P-GaN增强层的肖特基二极管反向时临界击穿的横向电场分布，从图中可以看出，电场尖峰出现在阳极下方的肖特基结的附近，很高，而且很陡，以至于中间段，椭圆圈出的部分，电场都很低，这就是因为在该区域中的电子还未被大量，全部耗尽，就已经因为电场尖峰的出现，使得器件被击穿。图8是只有一个金属场板但是没有P-GaN增强层的肖特基二极管方向时临界击穿的横向电场分布，从图中可以看出，采用了一个金属场板，金属场板会引入额外的电场尖峰，用两个电场尖峰替代原先的一个电场尖峰，使得耐压能力有所提升。图9是加入了金属场板且具有P-GaN增强层与只有金属场板没有P-GaN增强层的肖特基二极管反向时临界击穿横向电场分布的对比情况，其中，线条1代表不具有P-GaN增强层,线条2,代表具有P-GaN增强层，从图中圈出的部分可以看出，通过引入P-GaN可以明显的抽取沟道中的电子，然后使得该区域的电场被提高。

图7-图9的数据是对仿真模型的测试数据，该测试数据利用Silvaco公司提供的TCAD半导体器件电学性能模拟软件Atlas完成，其中，图7-图9中的仿真模型的参数为：器件横向宽度12.5um，AlGaN层厚度25nm，GaN层厚度是2um，其中，图9中P-GaN层的P型掺杂的掺杂浓度为1E17/cm³的均匀掺杂。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种肖特基二极管，包括衬底层以及形成在所述衬底层上方的一系列Ⅲ族氮化物层，相邻所述Ⅲ族氮化物层之间形成二维电子气沟道，一系列的所述Ⅲ族氮化物层的径向两端与阴极电极形成欧姆接触，最上层所述Ⅲ族氮化物层与阳极电极形成肖特基接触；其特征在于：还包括与阳极电极连接的金属场板以及填充在所述金属场板和最上层的Ⅲ族氮化物层之间的具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层,所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为P型掺杂的GaN层,所述P型掺杂的GaN层在与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的不同区域的掺杂浓度不同，所述掺杂浓度沿着向阴极延伸的方向逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于：所述Ⅲ族氮化物层为GaN层和AlGaN层。

3.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于：最上层的所述Ⅲ族氮化物层为AlGaN层。

4.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于：最上层的所述Ⅲ族氮化物层为GaN层。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的肖特基二极管，其特征在于：所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度位于1E13-1E20/cm³之间。

6.根据权利要求5所述的肖特基二极管，其特征在于：所述金属场板具有与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的部分和不与最上层的所述Ⅲ族氮化物层接触的向外延伸的部分，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层位于所述向外延伸的部分与最上层的所述Ⅲ族氮化物层形成的填充间隙之间。

7.根据权利要求6所述的肖特基二极管，其特征在于：所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为圆环形。

8.根据权利要求7所述的肖特基二极管，其特征在于：所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径大于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层有一部分伸出所述填充间隙。

9.根据权利要求7所述的肖特基二极管，其特征在于：所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，且所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层有一部分嵌入所述金属场板的所述向外延伸的部分内。

10.根据权利要求6所述的肖特基二极管，其特征在于：所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为阶梯形，且完全嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述阶梯形的阶梯的高度向着阴极延伸的方向逐渐增大。

11.根据权利要求6所述的肖特基二极管，其特征在于：所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层的半径小于所述金属场板的所述向外延伸的部分的长度，所述具有P型掺杂的Ⅲ族氮化物增强层为锯齿形，且有一部分嵌入到所述金属场板的所述向外延伸的部分内，所述锯齿形的齿槽的深度向着阴极延伸的方向逐渐减小。

12.根据权利要求6-11中任一项所述的肖特基二极管，其特征在于：在所述金属场板的所述接触的部分和最上层的Ⅲ族氮化物连接界面处设置绝缘材料形成的侧壁。