具有斜面复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管

1.本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有斜面复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管(junction barrier schottky diode，jbsd)。


背景技术：

2.氧化镓作为近些年来迅速发展起来的半导体材料之一，与传统半导体材料 si，以及第三代半导体材料的sic和gan相比，其禁带宽度(4.5-4.9ev)更大、临界击穿场强(～8mv/cm)更高，所以氧化镓基功率二极管在相同耐压级别下尺寸更小，功耗更低，满足高功率密度、低功率损耗、小型化电子设备的发展需求，在高压、大功率领域具有广阔的应用前景。
3.jbsd结合了肖特基势垒二极管(sbd)和pin二极管的优点，具有sbd开启电压小、导通电流大、开关速度快的优势，也具有pin二极管低漏电流、高击穿电压的特点，十分适用于高压高频电力领域。由于目前氧化镓缺少有效的p型掺杂，所以采用p型氧化物半导体与氧化镓形成异质pn结。文献qinglong yan, hehe gong,jincheng zhang,et al.,[β-ga2o
3 hetero-junction barrier schottky diodewith reverse leakage current modulation and bv2/r
on,sp value of 0.93gw/cm2]报道了一种高耐压、低导通电阻的jbsd，但是存在边缘电场集中效应，导致器件在肖特基接触边缘提前击穿，使其功率优值远小于氧化镓材料的理论极限，限制了其在高压领域中的应用。因此，设计出合适的终端结构来缓解jbsd器件终端区电场集中效应、降低泄漏电流尤为必要。


技术实现要素：

[0004]
本发明针对上述问题，提出一种具有斜面复合终端结构的氧化镓基结势垒肖特基二极管，通过复合终端结构来缓解器件边缘电场集中效应，降低泄漏电流，从而提高击穿电压。
[0005]
本发明的技术方案为：一种具有斜面复合终端的氧化镓结势垒肖特基二极管，包括阴极金属1、位于阴极金属1上表面的n+氧化镓衬底2、位于n+氧化镓衬底2上表面的n-氧化镓外延层3；其特征在于，所述n-氧化镓外延层3的上表面有两个或两个以上结深相同且等间距排列的p型氧化物半导体区；所述n-氧化镓外延层3上层一端为斜面，与斜面相邻的p型氧化物半导体区，其一端沿斜面延伸至覆盖整个斜面，且p型氧化物半导体区的斜面部分上表面覆盖介质层4；所述n-氧化镓外延层3上表面具有阳极金属层5，且阳极金属层5的底部与p 型氧化物半导体区接触，同时阳极金属层5还沿斜面向下延伸从而覆盖部分介质层4；斜面处的p型氧化物半导体区、介质层4和阳极金属层5形成斜面复合终端。
[0006]
进一步的，所述斜面的底部位于n-氧化镓外延层3中并与n-氧化镓外延层 3的侧面有间距，从而在斜面底部与n-氧化镓外延层3侧面之间形成一个台面；所述p型氧化物半导体层和介质层4的底部继续沿水平方向延伸至覆盖整个台面。
[0007]
进一步的，所述斜面的底部位于n+氧化镓衬底2的上表面并与n+氧化镓衬底2的侧
面有间距，所述p型氧化物半导体区沿斜面的方向延伸至n-氧化镓外延层3的底部并与n+氧化镓衬底2的上表面接触，所述介质层4沿斜面的方向延伸至n+氧化镓衬底2中，且介质层4延伸入n+氧化镓衬底2的底部与n+氧化镓衬底2的侧面有间距，介质层4的底部沿水平方向延伸至n+氧化镓衬底2的侧面从而覆盖介质层4与n+氧化镓衬底2侧面之间的n+氧化镓衬底2表面。
[0008]
进一步的，位于斜面上的阳极金属层6分段排列形成浮空金属层。
[0009]
本发明的有益效果为，本发明的器件兼具低导通压降，低泄漏电流，高反向阻断电压的优点。
附图说明
[0010]
图1为实施例1的结构示意图；
[0011]
图2为实施例2的结构示意图；
[0012]
图3为实施例3的结构示意图；
[0013]
图4为实施例4的结构示意图
具体实施方式
[0014]
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
[0015]
实施例1
[0016]
如图1所示，本例包括阴极金属1、位于阴极金属1上表面的n+氧化镓衬底 2、位于n+氧化镓衬底2上表面的n-氧化镓外延层3；其特征在于，所述n-氧化镓外延层3的上表面有两个或两个以上结深相同且等间距排列的p型氧化物半导体区；所述n-氧化镓外延层3上层一端为斜面，与斜面相邻的p型氧化物半导体区，其一端沿斜面延伸至覆盖整个斜面，且p型氧化物半导体区的斜面部分上表面覆盖介质层4；所述n-氧化镓外延层3上表面具有阳极金属层5，且阳极金属层5的底部与p型氧化物半导体区接触，同时阳极金属层5还沿斜面向下延伸从而覆盖部分介质层4；斜面处的p型氧化物半导体区、介质层4和阳极金属层 5形成斜面复合终端。
[0017]
本例的工作原理为：外加正向偏置电压时，jbsd中的肖特基结先于pn结导通，因此，相比于常规氧化镓异质pn结二极管，新器件导通压降更小。外加反向偏置电压时，新器件从以下两方面提高器件耐压：一是斜面终端使耗尽区沿斜面扩展，从而缓解耗尽区边界的曲率效应，进而缓解表面肖特基接触边缘集中的强电场。二是位于斜面上的p型氧化物半导体区起到了结终端扩展的作用，位于斜面上的阳极金属层起到了场板的作用，这两种终端结构进一步降低肖特基接触边缘的电场尖峰，提高平均电场，从而提高器件耐压。
[0018]
实施例2
[0019]
如图2所示，本例与实施例1的区别在于，所述斜面的底部位于n-氧化镓外延层3中并与n-氧化镓外延层3的侧面有间距，从而在斜面底部与n-氧化镓外延层3侧面之间形成一个台面；所述p型氧化物半导体层和介质层4的底部继续沿水平方向延伸至覆盖整个台面。与实施例1相比，在反向耐压时，台面上的 p型氧化物半导体区4n会降低斜面底部的电场峰值，从而提高耐压。
[0020]
实施例3
[0021]
如图3所示，本例与实施例2的区别在于，所述斜面的底部位于n+氧化镓衬底2的上表面并与n+氧化镓衬底2的侧面有间距，所述p型氧化物半导体区沿斜面的方向延伸至n-氧化镓外延层3的底部并与n+氧化镓衬底2的上表面接触，所述介质层4沿斜面的方向延伸至n+氧化镓衬底2中，且介质层4延伸入 n+氧化镓衬底2的底部与n+氧化镓衬底2的侧面有间距，介质层4的底部沿水平方向延伸至n+氧化镓衬底2的侧面从而覆盖介质层4与n+氧化镓衬底2侧面之间的n+氧化镓衬底2表面。与实施例1相比，在反向耐压时，更长的p型氧化物半导体区会在体内引入一个新的电场尖峰，提高平均电场，从而提高耐压。
[0022]
实施例4
[0023]
如图4所示，本例与实施例1的区别在于位于斜面上的阳极金属层5分段排列形成浮空金属层。与实施例1相比，在反向耐压时，浮空金属层相当于引入了负电中心，可以吸收部分n-氧化镓外延层3耗尽层中正电中心原本指向肖特基接触边缘的电力线，缓解了肖特基接触边缘电场集中效应，进而提高器件耐压。