本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種SBD器件及其制備方法。

背景技術：

以往電力半導體市場以硅的功率器件為主，過去20年，硅功率器件每隔十年提高5-6倍的電力密度，但已經(jīng)達到理論極限，很難期待接下來的性能方面的改進。

相比硅或砷化鎵(GaAs)，氮化鎵(GaN)半導體具有能隙(Eg＝3.4eV)寬，高溫中穩(wěn)定等優(yōu)點。另外，相對硅電力半導體，GaN電力半導體具有低溫抵抗特性，這具有隨著電力半導體而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換損失最少化及系統(tǒng)消費電力最少化等優(yōu)點。GaN半導體器件通過小型化，高電壓，高速率轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)低損失，是高效率的新一代電力器件，主要在產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，電力網(wǎng)，信息與通訊技術(ICT)等領域需求不斷增加。

已有肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diode,以下為SBD)，以利用硅或GaAs的SBD為主,近年來開發(fā)利用GaN的SBD為主。利用GaN的SBD來說，主要以氮化鋁鎵(AlGaN)和利用GaN界面發(fā)生二維電子氣體(2-dimensional electron gas，2DEG)的橫向SBD為主。

相對PN結型二極管，一般SBD的順向電壓(VF)特性低，轉(zhuǎn)換特性快的優(yōu)點。但是漏電流(IR)大,對熱設計有誤，會發(fā)生熱逃逸等缺點。利用GaN的SBD，以利用發(fā)生在AlGaN和GaN界面的2DEG的橫向器件為主,在此種結構中很難有效進行熱發(fā)射，對熱逃逸也有缺點。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種垂直構造的SBD器件。

具體的技術方案如下：

一種SBD器件，包括：

金屬層(metal layer)；

設置在所述金屬層上的緩沖層(buffer layer)；

設置在所述緩沖層上上的重摻雜n-GaN層(heavily doped n-GaN layer)；

設置在所述重摻雜n-GaN層上的微量摻雜n-GaN層(lightly doped n-GaN layer)；

設置在所述微量摻雜n-GaN層上的肖特基阻擋金屬層(barrier metal layer)。

在其中一些實施例中，所述金屬層設有突起區(qū)域和非突起區(qū)域，所述金屬層與重摻雜n-GaN層接觸。

在其中一些實施例中，所述非凸起區(qū)域與所述緩沖層之間設有基板層。

在其中一些實施例中，所述基板層的材料為硅。

在其中一些實施例中，所述微量摻雜n-GaN層的摻雜量為1×10¹⁸/cm³-1×10¹⁹/cm³，厚度為0.1μm-0.5μm。

在其中一些實施例中，所述重摻雜n-GaN層的摻雜量為5×10¹⁸/cm³-5×10¹⁹/cm³，厚度為0.1μm-0.5μm。

在其中一些實施例中，所述重摻雜n-GaN層包含多層的應變控制層和多層的掩蔽層，所述應變控制層的層數(shù)≥0；所述掩蔽層的層數(shù)≥0。

在其中一些實施例中，所述緩沖層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁。

在其中一些實施例中，所述肖特基阻擋金屬層的材料為W、Ti/W、TiN、Ni或Au；所述金屬層的材料為Ni/Au、Ti/Al、Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Pt/Au。

本發(fā)明的另一目的是提供上述SBD器件的制備方法。

具體的技術方案如下：

一種SBD器件的制備方法，包括如下步驟：

提供基板層；

在所述基板層上形成緩沖層(buffer layer)；

在所述緩沖層上形成重摻雜n-GaN層(heavily doped n-GaN layer)；

在所述重摻雜n-GaN層上形成微量摻雜n-GaN層(lightly doped n-GaN layer)；

在所述微量摻雜n-GaN層上形成肖特基阻擋金屬層(barrier metal layer)；

去除所述基板層形成金屬層，或通過所述基板層上的通孔形成金屬層。

上述SBD器件設計垂直原子構造，能防止2DEG(利用III-Nitride，使用在schottky barrier diode的)(2-dimensional electron gas)橫向器件構造中發(fā)生的熱逃逸現(xiàn)象。

一般來說，SBD(Schottky barrier diode)比一般PN二極管順方向電壓特性低，轉(zhuǎn)換速度快是它的優(yōu)點，但相對來說漏電較大。

同時順方向有較大的電流會發(fā)生元件發(fā)熱，發(fā)熱元件的漏電特性會增加，器件的溫度及周圍溫度也會隨之上升。若防熱設計跟不上會達不到熱平衡狀態(tài)，溫度會持續(xù)上升，同時漏電也會持續(xù)上升最終導致元件的破壞。

因此在SBD中防熱設計非常重要，橫向器件的背部很難使用熱導率較好的金屬元件。利用垂直結構時元件內(nèi)電流所流的距離較短進而較少發(fā)熱，具備有利于防熱設計的結構可防止熱逸散現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的橫向器件結構的SBD器件；

圖2為一實施例的垂直器件結構的SBD器件；

圖3為一實施例的垂直器件結構的SBD器件。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本實施例一種SBD器件(如圖2所示)，包括：

金屬層；

設置在所述金屬層上的緩沖層；

設置在所述緩沖層上的重摻雜n-GaN層；

設置在所述重摻雜n-GaN層上的微量摻雜n-GaN層；

設置在所述微量摻雜n-GaN層上的肖特基阻擋金屬層。

可以理解的，所述金屬層還設有突起區(qū)域和非突起區(qū)域(如圖3所示)，所述突起區(qū)域的上邊緣與所述重摻雜n-GaN層接觸，所述非凸起區(qū)域與所述緩沖層之間設有基板層(可以理解的，襯底層的材料可選擇為硅)。

所述重摻雜n-GaN層的摻雜量為1×10¹⁸/cm³-1×10¹⁹/cm³，厚度為0.1μm-0.5μm。

所述重摻雜n-GaN層包含多層的應變控制層和多層的掩蔽層，所述應變控制層的層數(shù)≥0；所述掩蔽層的層數(shù)≥0。

所述微量摻雜n-GaN層的摻雜量為5×10¹⁸/cm³-5×10¹⁹/cm³，厚度為0.1μm-0.5μm。

可以理解的，所述緩沖層的材料可選擇為氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁。

可以理解的，所述金屬層的材料可選擇為W、Ti/W合金、TiN、Ni或Au；所述阻擋金屬層的材料為Ni/Au合金、Ti/Al合金、Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Pt/Au合金。

上述SBD器件的制備方法，包括如下步驟：

提供基板層；

在所述基板層上形成緩沖層(buffer layer)；

在所述緩沖層上形成重摻雜n-GaN層(heavily doped n-GaN layer)；

在所述重摻雜n-GaN層上形成微量摻雜n-GaN層(lightly doped n-GaN layer)；

在所述微量摻雜n-GaN層上形成肖特基阻擋金屬層(barrier metal layer)；

去除所述基板層形成金屬層，或通過所述基板層上的通孔形成金屬層。

上述SBD器件設計垂直原子構造，能防止2DEG(利用III-Nitride，使用在schottky barrier diode的)(2-dimensional electron gas)橫向器件構造(如圖1所示)中發(fā)生的熱逃逸現(xiàn)象。

上述SBD器件的垂直結構刪除了AlGaN層，使得設備動作距離短，設備底部可適用接觸金屬進而易于熱排出。圖3所示的改進結構(金屬層還設有突起區(qū)域和非突起區(qū)域)，其突起區(qū)域直接與EPI層接觸，更利于熱排出。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。