CN204102910U - 一种肖特基二极管 - Google Patents
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Abstract
为克服现有技术中的肖特基二极管导通电阻高、导通电压高的问题，本实用新型提供一种肖特基二极管，包括衬底；衬底下表面覆盖有阴极；衬底上表面依次层叠有缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和阳极；阳极包括第一阳极电极和第二阳极电极；第一阳极电极位于第二氮化物半导体层上表面；第二阳极电极位于第一阳极电极上表面并同时延伸至第二氮化物半导体层上表面；第二阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒高于第一阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒；还包括从衬底沿缓冲层和第一氮化物半导体层侧面延伸至第二氮化物半导体层侧面的欧姆接触层。本实用新型提供的肖特基二极管导通电阻低、导通电压低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种肖特基二极管。
背景技术
现代社会中，电子电力技术不断发展，稳压器、整流器、逆变器等电子器件在日常生活中的应用非常广泛，涉及高压供电、电能管理、整流、工厂自动化和机动车能量分配管理等诸多领域，性能要求也越来越高。功率型二极管和开关器件是这些应用领域中不可或缺的组成部分。近年来，具有耐高压、大电流、低通态电阻、低功耗特性的肖特基二极管以其独特的性能优势越来越引人注目。
近年来，采用以GaN为代表的氮化物系化合物半导体制作的电子器件，在耐高温、耐高压、高速工作性能方面具有较大前景，目前已成为研究的热点。尤其是对耐高压且可大电流工作的电子器件的研究。
目前，常规肖特基二极管中，欧姆接触电极位于衬底底部，电流沿垂直方向输运，耗尽层也在垂直方向承受反向电压。同条件下与横向导电结构相比，纵向导电结构可以实现更高的击穿电压。并且纵向导电结构便于实现多个器件单元的并联封装、提高散热性能，实现大电流；但是其导通电阻高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中的肖特基二极管导通电阻高、导通电压高的问题，提供一种肖特基二极管。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种肖特基二极管，包括衬底；所述衬底下表面覆盖有阴极；所述衬底上表面从下向上依次层叠有缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和阳极；所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层之间形成异质结；所述阳极包括第一阳极电极和第二阳极电极；所述第一阳极电极位于第二氮化物半导体层上表面，并与所述第二氮化物半导体层肖特基接触；所述第二阳极电极位于第一阳极电极上表面并同时延伸至所述第二氮化物半导体层上表面；所述第二阳极电极与所述第二氮化物半导体层肖特基接触，并且所述第二阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒高于所述第一阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒；所述肖特基二极管还包括从衬底沿缓冲层和第一氮化物半导体层侧面延伸至第二氮化物半导体层侧面的欧姆接触层；所述欧姆接触层同时与所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和衬底欧姆接触。
本实用新型中，一方面，在第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层之间形成异质结，通过压电效应产生呈层状的二维电子气。并且，通过沿缓冲层和第一氮化物半导体层侧面延伸至第二氮化物半导体层侧面的欧姆接触层，提供了从二维电子气导电沟道到衬底、衬底底部的阴极的电流通路。具有横向二维电子气导电沟道高浓度、高电子迁移率的特点，降低了通态电阻；又具有纵向的导电结构，实现了电流的纵向输运，便于实现多个器件单元的并联封装。
另一方面，采用第一阳极电极和第二阳极电极组成的复合阳极。此时，对复合阳极外加正偏压时，则肖特基势垒的高度相对低的第一阳极电极立即工作，然后，在外加电压升高的过程中第二阳极电极工作。由于顺方向的电流升高加快，通态电阻低，并且可使通态电压接近0。
进一步的，所述第二阳极电极覆盖所述第一阳极电极。
进一步的，所述第二阳极电极的宽度小于所述第二氮化物半导体层的宽度。
进一步的，所述第二阳极电极的宽度为2-200μm。
进一步的，所述第一阳极电极选自钛膜、钨膜、银膜、铝膜、钽膜中的一种或多种，所述第一阳极电极的厚度为0.02-0.5μm。
进一步的，所述第二阳极电极选自铂膜、镍膜、钯膜、金膜、铜膜中的一种或多种，所述第二阳极电极的厚度为0.02-0.5μm。
进一步的，所述肖特基二极管还包括绝缘层，所述绝缘层位于第二氮化物半导体层上表面，并同时覆盖所述欧姆接触层和第二阳极电极的边缘。
通过在欧姆接触层和第二阳极电极之间设置绝缘层，可有效抑制电场集边效应，提高击穿电压。
进一步的，所述第二氮化物半导体层上表面向下凹陷形成阳极槽，所述第一阳极电极和第二阳极电极位于所述阳极槽内。
进一步的，所述绝缘层从所述第二氮化物半导体层上表面延伸至所述阳极槽内，并覆盖所述第二阳极电极的边缘。
通过将第一阳极电极和第二阳极电极设置于阳极槽内，使第一阳极电极和第二阳极电极下方的第二氮化物半导体层厚度变薄，可抑制反偏压时漏电流的产生。
进一步的，所述衬底为硅衬底；所述缓冲层选自氮化镓层、氮化铝层、氮化铝镓层中的一种；所述第二氮化物半导体层选自氮化铝镓层或氮化铝铟镓层，所述第一氮化物半导体层选自氮化镓层或氮化铟镓层。
附图说明
图1是本实用新型第一种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构示意图；
图2是本实用新型第二种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构示意图；
图3是本实用新型第三种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构示意图；
图4是本实用新型第四种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构示意图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、衬底；2、缓冲层；31、第一氮化物半导体层；32、第二氮化物半导体层；4、异质结；5、绝缘层；61、第一阳极电极；62、第二阳极电极；7、欧姆接触层；8、阴极。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本实用新型提供的肖特基二极管包括衬底；所述衬底下表面覆盖有阴极；所述衬底上表面从下向上依次层叠有缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和阳极；所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层之间形成异质结；所述阳极包括第一阳极电极和第二阳极电极；所述第一阳极电极位于第二氮化物半导体层上表面，并与所述第二氮化物半导体层肖特基接触；所述第二阳极电极位于第一阳极电极上表面并同时延伸至所述第二氮化物半导体层上表面；所述第二阳极电极与所述第二氮化物半导体层肖特基接触，并且所述第二阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒高于所述第一阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒；所述肖特基二极管还包括从衬底沿缓冲层和第一氮化物半导体层侧面延伸至第二氮化物半导体层侧面的欧姆接触层；所述欧姆接触层同时与所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和衬底欧姆接触。
其中，衬底为二极管领域的常规部件，其结构和所用材料没有任何限制。例如，可采用本领域常用的硅衬底。
衬底上表面从下向上依次层叠有缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和阳极。
上述缓冲层结构为现有的，用于实现：1、衬底和第一氮化物半导体层的结构匹配，使晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低；2、衬底与第一氮化物半导体层的热膨胀系数匹配：避免衬底与第一氮化物半导体层热膨胀系数上相差过大而导致在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏。本实用新型中，所述缓冲层选自氮化镓层、氮化铝层、氮化铝镓层中的一种。或者也可采用具有上述材料的多层结构或AlN/GaN的超点阵结构。
根据本实用新型，上述第一氮化物半导体层结构为本领域公知的，例如，可采用某带隙能量的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料，具有由式AlxInyGa1-x-yN1-a-bAsaPb(0≤x、y、a、b≤1，且x+y≤1，a+b≤1)表示的组成。具体为，所述第一氮化物半导体层选自氮化镓层或氮化铟镓层。
上述第二氮化物半导体层结构为本领域公知的，例如，可采用某带隙能量的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料，具有由式InyGa1-yN(0≤y≤0.5)表示的组成。并且，如本领域技术人员所公知的，第二氮化物半导体层的带隙能量比第一氮化物半导体层的带隙能量大。具体为，所述第二氮化物半导体层选自氮化铝镓层或氮化铝铟镓层。
上述第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层相互配合形成异质结结构，例如，可列举AlGaN/GaN、AlInGaN/GaN、AlInGaN/InGaN、AlGaN/InGaN等。在第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层之间形成异质结。在上述第一氮化物半导体层靠近第二氮化物半导体层的表面处，通过压电效应产生呈层状的二维电子气。
根据本实用新型，第二氮化物半导体层的宽度可在较大范围内变动，通常，优选情况下，所述第二氮化物半导体层的宽度为6-200μm。
如本领域技术人员所知晓的，上述阴极覆盖于衬底下表面。上述阴极具体可以为与衬底形成欧姆接触的金属或者合金。
本实用新型中，所述阳极采用复合阳极，具体包括第一阳极电极和第二阳极电极。所述第一阳极电极位于第二氮化物半导体层上表面，并与所述第二氮化物半导体层肖特基接触；所述第二阳极电极位于第一阳极电极上表面并同时延伸至所述第二氮化物半导体层上表面；所述第二阳极电极与所述第二氮化物半导体层肖特基接触，并且所述第二阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒高于所述第一阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒。
在上述结构下，对复合阳极外加正偏压时，则肖特基势垒的高度相对低的第一阳极电极立即工作，然后，在外加电压升高的过程中第二阳极电极工作。由于顺方向的电流升高加快，使通态电阻降低，并且可使通态电压接近0。
另一方面，如果进行外加反偏压时，则在位于第二阳极电极下方的第二氮化物半导体层扩展耗尽层，夹断电流路径，遮断电流，耗尽区再与所述肖特基二极管的第一氮化物半导体层平面平行的方向承受反向电压。
根据本实用新型，优选情况下，所述第二阳极电极覆盖所述第一阳极电极。更优选情况下，所述第二阳极电极的宽度小于所述第二氮化物半导体层的宽度。本实用新型中，所述第二阳极电极的宽度可以为2-200μm。
本实用新型中，上述第一阳极电极和第二阳极电极所采用的材料可以为常用的各种，只需满足所述第二阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒高于所述第一阳极电极与第二氮化物半导体层形成的肖特基势垒即可，例如，所述第一阳极电极优选使用能与第二氮化物半导体层形成肖特基接触的金属或合金，具体可以选自钛膜、钨膜、银膜、铝膜、钽膜中的一种或多种。
所述第二阳极电极优选使用能与第二氮化物半导体层形成肖特基接触的金属或合金并且可与第二氮化物半导体层形成比所述第一阳极电极形成的肖特基势垒更高的肖特基势垒，具体可以选自铂膜、镍膜、钯膜、金膜、铜膜中的一种或多种。同样，上述第一阳极电极和第二阳极电极的厚度可以在较大范围内变动，本领域技术人员可根据实际情况进行调整。本实用新型中，优选情况下，所述第一阳极电极的厚度为0.02-0.5μm。所述第二阳极电极的厚度为0.02-0.5μm。
根据本实用新型，所述肖特基二极管还包括从衬底沿缓冲层和第一氮化物半导体层侧面延伸至第二氮化物半导体层侧面的欧姆接触层；所述欧姆接触层同时与所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和衬底欧姆接触。
在上述结构下，提供了从二维电子气导电沟道到衬底、衬底底部的阴极的电流通路。在上述肖特基二极管中，在对阳极进行正偏压时形成的电流路径为阳极、第二氮化物半导体层、第一氮化物半导体层表层部产生的二维电子气、欧姆接触层、衬底、阴极。由于二维电子气具备较高电子迁移率，可大幅度降低电阻。
对于上述欧姆接触层，优选采用能够与所述第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层和缓冲层形成欧姆接触的金属或者合金。
根据本实用新型，所述肖特基二极管还包括绝缘层，所述绝缘层位于第二氮化物半导体层上表面，并同时覆盖所述欧姆接触层和第二阳极电极的边缘。
由于欧姆接触层延伸至衬底，为避免欧姆接触层与第二阳极电极间发生大气放电，损坏肖特基二极管，本实用新型中，通过设置上述绝缘层可抑制欧姆接触层与第二阳极电极间的大气放电，缓和在欧姆接触层与第二阳极电极的端部边缘产生电场集中，利于提高肖特基二极管的耐压性能。
根据本实用新型，上述绝缘层优选使用具有高电容率的材料，例如氧化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氧化钽层中的一种或多种。
根据本实用新型，所述第二氮化物半导体层上表面向下凹陷形成阳极槽，所述第一阳极电极和第二阳极电极位于所述阳极槽内；所述绝缘层从所述第二氮化物半导体层上表面延伸至所述阳极槽内，并覆盖所述第二阳极电极的边缘。
通过将第一阳极电极和第二阳极电极设置于阳极槽内，使第一阳极电极和第二阳极电极下方的第二氮化物半导体层厚度变薄。
此时，当外加反偏压时，即使外加电压很小，在第二阳极电极正下方的第二氮化物半导体层的耗尽层也越过异质结界面，扩展到第一氮化物半导体层。从而通过耗尽层消灭发生在第一氮化物半导体层表层部的二维电子气，从而有效的遮断该电流路径。即，上述肖特基二极管可抑制反偏压时的漏电流的产生。
并且，本实用新型提供的肖特基二极管具有横向二维电子气导电沟道高浓度、高电子迁移率的特点，又具有纵向的导电结构，实现了电流的纵向输运，便于实现多个器件单元的并联封装。
下面结合图1-图4对本实用新型提供的肖特基二极管进行进一步说明。
图1示出了本实用新型第一种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构。具体的，该肖特基二极管包括衬底1。衬底1下表面上覆盖有阴极8。
衬底1上表面从下向上依次层叠有缓冲层2、第一氮化物半导体层31、第二氮化物半导体层32和阳极。
第二氮化物半导体层32的带隙能量大于第一氮化物半导体层31的带隙能量。所述第一氮化物半导体层31、第二氮化物半导体层32之间形成异质结4。第一氮化物半导体层31和第二氮化物半导体层32的界面为异质结4界面，在该异质结4下方的第一氮化物半导体层31的表层部通过压电效应产生呈层状的二维电子气。
阳极设置于第二氮化物半导体层32的上表面上。具体的，该阳极包括第一阳极电极61和第二阳极电极62。第一阳极电极61位于第二氮化物半导体层32的上表面的大致中心位置，并与第二氮化物半导体层32肖特基接触。
第二阳极电极62覆盖于第一阳极电极61上，并且第二阳极电极62的宽度大于第一阳极电极61的宽度，同时，第二阳极电极62的宽度小于第二氮化物半导体层32的宽度。第二阳极电极62同时与第二氮化物半导体层32肖特基接触。第二阳极电极62与第二氮化物半导体层32形成的肖特基势垒高于第一阳极电极61与第二氮化物半导体层32形成的肖特基势垒。
欧姆接触层7从衬底1上表面沿缓冲层2和第一氮化物半导体层31侧面延伸至第二氮化物半导体层32侧面，并覆盖缓冲层2、第一氮化物半导体层31、第二氮化物半导体层32的侧面。该欧姆接触层7的顶端与第二氮化物半导体层32上表面平齐。
绝缘层5位于第二氮化物半导体层32上表面，并延伸至第二氮化物半导体层32上表面边缘，覆盖欧姆接触层7的顶端；绝缘层5同时覆盖第二阳极电极62的边缘。
当在第二阳极电极62和欧姆接触层7间外加高电压时，绝缘层5可抑制第二阳极电极62和欧姆接触层7间的大气放电，防止损坏肖特基二极管。此外，绝缘层5可缓和第二阳极电极62和欧姆接触层7的端部产生的电场集中，提高装置肖特基二极管的耐压性能。
从图1中可看出，多个肖特基二极管共用同一个衬底1和阴极8，实现并联封装。相邻两个肖特基二极管之间的欧姆接触层7形成为一体。
图2示出了本实用新型第二种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构。
该肖特基二极管的结构与第一种实施方式所示出的肖特基二极管的结构基本相同，不同之处在于：欧姆接触层7向下延伸至衬底1内部。此时，可进一步减小导通电阻。
图3示出了本实用新型第三种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构。
该肖特基二极管的结构与第一种实施方式所示出的肖特基二极管的结构基本相同，不同之处在于：第二氮化物半导体层32上表面向下凹陷形成阳极槽，第一阳极电极61和第二阳极电极62位于阳极槽内。并且，绝缘层5从第二氮化物半导体层32上表面延伸至阳极槽内，并覆盖所述第二阳极电极62的边缘。
此时，当外加反偏压时，即使外加电压很小，在第二阳极电极62正下方的第二氮化物半导体层32的耗尽层也越过异质结4界面，扩展到第一氮化物半导体层31。从而通过耗尽层消灭发生在第一氮化物半导体层31表层部的二维电子气，从而有效的遮断该电流路径。即，上述肖特基二极管可抑制反偏压时的漏电流的产生。
图4示出了本实用新型第四种实施方式中提供的肖特基二极管的剖面结构。
该肖特基二极管的结构与第三种实施方式所示出的肖特基二极管的结构基本相同，不同之处在于：欧姆接触层7向下延伸至衬底1内部。此时，可进一步减小导通电阻。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种肖特基二极管，其特征在于，包括衬底(1)；
所述衬底(1)下表面覆盖有阴极(8)；
所述衬底(1)上表面从下向上依次层叠有缓冲层(2)、第一氮化物半导体层(31)、第二氮化物半导体层(32)和阳极；所述第一氮化物半导体层(31)、第二氮化物半导体层(32)之间形成异质结(4)；
所述阳极包括第一阳极电极(61)和第二阳极电极(62)；所述第一阳极电极(61)位于第二氮化物半导体层(32)上表面，并与所述第二氮化物半导体层(32)肖特基接触；
所述第二阳极电极(62)位于第一阳极电极(61)上表面并同时延伸至所述第二氮化物半导体层(32)上表面；所述第二阳极电极(62)与所述第二氮化物半导体层(32)肖特基接触，并且所述第二阳极电极(62)与第二氮化物半导体层(32)形成的肖特基势垒高于所述第一阳极电极(61)与第二氮化物半导体层(32)形成的肖特基势垒；
所述肖特基二极管还包括从衬底(1)沿缓冲层(2)和第一氮化物半导体层(31)侧面延伸至第二氮化物半导体层(32)侧面的欧姆接触层(7)；所述欧姆接触层(7)同时与所述第一氮化物半导体层(31)、第二氮化物半导体层(32)和衬底(1)欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二阳极电极(62)覆盖所述第一阳极电极(61)。
3.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二阳极电极(62)的宽度小于所述第二氮化物半导体层(32)的宽度。
4.根据权利要求3所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二阳极电极(62)的宽度为2-200μm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第一阳极电极(61)选自钛膜、钨膜、银膜、铝膜、钽膜中的一种或多种，所述第一阳极电极(61)的厚度为0.02-0.5μm。
6.根据权利要求5所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二阳极电极(62)选自铂膜、镍膜、钯膜、金膜、铜膜中的一种或多种，所述第二阳极电极(62)的厚度为0.02-0.5μm。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基二极管还包括绝缘层(5)，所述绝缘层(5)位于第二氮化物半导体层(32)上表面，并同时覆盖所述欧姆接触层(7)和第二阳极电极(62)的边缘。
8.根据权利要求7所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二氮化物半导体层(32)上表面向下凹陷形成阳极槽，所述第一阳极电极(61)和第二阳极电极(62)位于所述阳极槽内。
9.根据权利要求8所述的肖特基二极管，其特征在于，所述绝缘层(5)从所述第二氮化物半导体层(32)上表面延伸至所述阳极槽内，并覆盖所述第二阳极电极(62)的边缘。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的肖特基二极管，其特征在于，所述衬底(1)为硅衬底；所述缓冲层(2)选自氮化镓层、氮化铝层、氮化铝镓层中的一种；所述第二氮化物半导体层(32)选自氮化铝镓层或氮化铝铟镓层，所述第一氮化物半导体层(31)选自氮化镓层或氮化铟镓层。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113193052A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-07-30 | 东莞市佳骏电子科技有限公司 | 一种大导通电流的碳化硅二极管 |
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2014
- 2014-07-18 CN CN201420399618.5U patent/CN204102910U/zh active Active
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| CN113193052A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-07-30 | 东莞市佳骏电子科技有限公司 | 一种大导通电流的碳化硅二极管 |
| CN113193052B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-02-14 | 东莞市佳骏电子科技有限公司 | 一种大导通电流的碳化硅二极管 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200106 Address after: 518119 1 Yanan Road, Kwai Chung street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: SHENZHEN BYD MICROELECTRONICS Co.,Ltd. Address before: BYD 518118 Shenzhen Road, Guangdong province Pingshan New District No. 3009 Patentee before: BYD Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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