一种侧壁导通异质结肖特基二极管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种侧壁导通异质结肖特基二极管及其制作方法。

背景技术：

1、近年来，禁带宽度大于sic和gan的超宽带隙半导体材料以其优越的光学与电学性能，备受关注，较大的禁带宽度使得器件可以应用在很多极端恶劣的环境，例如：在地热能源生产和油气开采的背景下可以实现更高的钻井速度和更低的故障率，在高温情况下使得电子传感器控制的铝厂、钢厂以及燃煤和燃气电厂的工作温度更高，从而提高这些工业过程的能源效率。

2、在功率开关应用中，巴利伽优值bfom(baliga’s figure-of-merit)是用来表示半导体材料电力电子方面的适用程度的指标，其表示为：bfom＝εμe3，其中，ε是介电常数，μ是迁移率，e是半导体的击穿场强，bfom值大致上与禁带宽度eg的六次方成正相关。因此，较大的禁带宽度意味着宽带隙半导体在功率器件的应用中具有更低的功率损耗和更高的转换效率，从而实现更加优秀和理想的电力电子应用。在宽禁带半导体材料中，ga2o3具有4.8ev的禁带宽度、8mv/cm的理想击穿电场强度和高达3400的bfom值，大约是gan的4倍，sic的10倍。因此在如今具有更高功率密度以及更低功耗需求的电力电子应用中，ga2o3材料具有更为重大的研究意义以及更为广阔的市场应用前景。

3、目前，由于氧化镓缺乏有效的p型半导体，因而它无法像sic、gan一样做成常规体内注入或者外延p型半导体的肖特基二极管。当前，为了减小，ga2o3肖特基二极管反向漏电流，器件只能够做成鳍式结构，利用场板的特点分散肖特基界面的电场，使电场沿着场板分布。当器件工作在正向导通时，电流先沿着鳍型外延导通再流向体内，最后达到阴极。虽然该结构能实现一定的耐压和正向导通，但存在明显的缺点，首先对场板的绝缘介质的质量和厚度有很高的要求，质量差的绝缘介质和不恰当的厚度都会使场板某处电场过大和引起可靠性失效，其次正向导通时，由于鳍型宽度有限电流通过鳍型外延时，电流导通路径无法扩展，因而增加了导通电阻，最后器件因不能电导调制，在高浪涌电流下，器件很容易失效，在功率电路中运用范围有限。因此，有必要对肖特基二极管进行新的结构设计，以开发导通电阻小、耐压高和抗浪涌能力强的肖特基二极管。

技术实现思路

1、基于上述表述，本发明提供了一种侧壁导通异质结肖特基二极管及其制作方法，以解决现有技术中的肖特基二极管电流导通路径无法扩展，增加了导通电阻，器件因不能电导调制，在高浪涌电流下很容易失效的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种侧壁导通异质结肖特基二极管，包括：阳极、外延片、阴极、第一势垒层和第二势垒层；

4、所述外延片设于所述阳极和所述阴极之间；

5、所述外延片朝向所述阳极的一侧设有第一沟槽和凸台，所述第一沟槽沿第一方向延伸，所述第一沟槽的内壁底侧覆盖设有所述第一势垒层，所述阳极沿所述第一方向延伸填充于所述第一沟槽内，所述凸台的上表面设有所述第二势垒层，所述阳极能够与所述第一势垒层和所述第二势垒层接触，以构建形成金属-势垒层-半导体结构。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

7、进一步的，所述外延片包括半导体基底和半导体外延层；

8、所述半导体外延层设于所述半导体基底上，所述阴极设于所述半导体基底的底部，所述阳极设于所述半导体外延层的上表面。

9、进一步的，所述第一势垒层的截面呈u形。

10、进一步的，所述凸台上设有第二沟槽，所述第二沟槽沿所述第一方向延伸，所述第二沟槽的内壁覆盖设有截面呈凹边形的所述第二势垒层。

11、进一步的，所述第二沟槽的深度小于所述第一沟槽的深度。

12、进一步的，所述第二势垒层呈直线形盖设于所述凸台的上表面。

13、进一步的，所述凸台的上表面通过原位离子注入法形成有所述第二势垒层。

14、进一步的，所述第一沟槽和所述凸台均为多个；多个所述第一沟槽和多个所述凸台沿第二方向依次交替布设；

15、其中，所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。

16、第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的侧壁导通异质结肖特基二极管的制作方法，包括：

17、在外延片的底部沉积阴极金属，并形成欧姆接触；

18、在所述外延片的上侧刻蚀出第一沟槽，并构建形成凸台；

19、在所述第一沟槽的内壁底侧沉积第一势垒层，在所述凸台的上表面设置第二势垒层；

20、在所述外延片的上表面沉积阳极金属，所述阳极金属与所述第一势垒层和所述第二势垒层接触。

21、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

22、进一步的，在所述凸台的上表面设置第二势垒层具体包括：

23、在所述凸台上刻蚀出第二沟槽，采用沉积法在所述第二沟槽的侧壁以及底部的表面沉积p型半导体材料，以形成所述第二势垒层；

24、或，采用沉积法在所述凸台的上表面沿直线形沉积p型半导体材料，以形成所述第二势垒层；

25、或，采用离子注入法在所述凸台的上表面原位注入p型离子，以形成所述第二势垒层。

26、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

27、本发明提供的侧壁导通异质结肖特基二极管通过设置阳极、外延片、阴极、第一势垒层和第二势垒层，其中，外延片朝向所述阳极的一侧设有第一沟槽和凸台，并在第一沟槽的内壁底侧覆盖设有第一势垒层，凸台的上表面形成有第二势垒层，在沉积阳极之后，阳极能够与第一势垒层和第二势垒层接触，从而形成金属-势垒层-半导体结构，其中，第一沟槽的侧壁并未完全被第一势垒层覆盖，因此阳极也可直接与外延片接触。相较于现有技术，本发明提供的侧壁导通异质结肖特基二极管中第一势垒层和第二势垒层高度不同，均能与外延片一起构成异质结势垒，形成的异质结势垒可以屏蔽反向电场，减小器件的漏电流；器件正向导通时电流主要通过侧壁流通，有利于降低器件的导通电阻；电流流经第一势垒层时，在该处与凸台处的第二势垒层形成电势差，有利用异质结提前开启，增强电导调制效应，从而使该肖特基二极管具备导通电阻小、耐压高和抗浪涌能力强的特点。

技术特征：

1.一种侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，包括：阳极、外延片、阴极、第一势垒层和第二势垒层；

2.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述外延片包括半导体基底和半导体外延层；

3.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述第一势垒层的截面呈u形。

4.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述凸台上设有第二沟槽，所述第二沟槽沿所述第一方向延伸，所述第二沟槽的内壁覆盖设有截面呈凹边形的所述第二势垒层。

5.根据权利要求4所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述第二沟槽的深度小于所述第一沟槽的深度。

6.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述第二势垒层呈直线形盖设于所述凸台的上表面。

7.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述凸台的上表面通过原位离子注入法形成有所述第二势垒层。

8.根据权利要求1所述的侧壁导通异质结肖特基二极管，其特征在于，所述第一沟槽和所述凸台均为多个；多个所述第一沟槽和多个所述凸台沿第二方向依次交替布设；

9.一种如权利要求1至8所述的侧壁导通异质结肖特基二极管的制作方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，在所述凸台的上表面设置第二势垒层具体包括：

技术总结
本发明提供一种侧壁导通异质结肖特基二极管及其制作方法，上述的侧壁导通异质结肖特基二极管包括阳极、外延片、阴极、第一势垒层和第二势垒层；外延片设于阳极和阴极之间；外延片朝向阳极的一侧设有第一沟槽和凸台，第一沟槽沿第一方向延伸，第一沟槽的内壁底侧覆盖设有第一势垒层，阳极沿第一方向延伸填充于第一沟槽内，凸台的上表面设有第二势垒层，阳极能够与第一势垒层和第二势垒层接触，以构建形成金属‑势垒层‑半导体结构。该多级沟槽肖特基二极管能够屏蔽反向电场，减小器件的漏电流，有利于降低器件的导通电阻，可增强电导调制效应，从而使该肖特基二极管具备导通电阻小、耐压高和抗浪涌能力强的特点。

技术研发人员：袁俊,徐东,郭飞,王宽,彭若诗,魏强民,黄俊,杨冰,吴畅
受保护的技术使用者：湖北九峰山实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12