二极管元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种二极管元件，包括一III-N化合物材料层，III-N化合物材料层具有一通道区位于其中。一阴极区位于III-N化合物材料层上。一第一阳极区位于III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内，第一阳极区的底部位于通道区下方。一第二阳极区位于阴极区与第一阳极区之间的III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内。第二阳极区包括一高势垒区，高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。本发明专利技术亦公开一种二极管元件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种二极管元件及其制造方法，特别为有关于一种具有低漏电流及高崩溃电压特性的肖特基(Schottky)二极管。
技术介绍
由氮化镓(GaN)构成的肖特基二极管具有高崩溃(breakdown)电压、高电流及适合高温操作等特性，因此适合应用在高功率电子电路中。再者，氮化镓特有的极化(polarization)效应使得氮化铝镓/氮化镓异质结构(AlGaN/GaN heterostructure)具有高浓度二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)，因而可提供低串联电阻及高电流传输。然而，利用此类异质结构制作的肖特基二极管，由于肖特基金属制作在宽能隙的氮化铝镓上，因此产生了导通电压(或称为开启电压(turn-on voltage))过大的问题。对此，为了降低导通电压所发展出的肖特基二极管的制作方法却具有制程复杂及成本高的问题，且容易造成漏电流(leakage current)过大，而影响肖特基二极管的性能。因此，有必要寻求一种新颖的二极管元件及其制造方法，其能够解决或改善上述的问题，据此提供一种具有低漏电流及高崩溃电压特性的肖特基二极管。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种二极管元件，包括一III-N化合物材料层，III-N化合物材料层具有一通道区位于其中。一阴极区位于III-N化合物材料层上。一第一阳极区位于III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内，第一阳极区的底部位于通道区下方。一第二阳极区位于阴极区与第一阳极区之间的III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内。第二阳极区包括一高势垒区，高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。本专利技术实施例提供一种二极管元件的制造方法，包括提供一III-N化合 物材料层。III-N化合物材料层具有一通道区位于其中。在III-N化合物材料层上形成一阴极区。在III-N化合物材料层上形成一第一阳极区。第一阳极区延伸至III-N化合物材料层内，且第一阳极区的底部位于通道区下方。在阴极区与第一阳极区之间的III-N化合物材料层上形成一第二阳极区。第二阳极区延伸至III-N化合物材料层内，且第二阳极区包括一高势垒区。高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。附图说明图1A至图1H绘示出根据本专利技术一实施例的二极管元件的制造方法的剖面示意图。图1I绘示出根据本专利技术一实施例的二极管元件的制造方法的平面示意图。图2至图4绘示出根据本专利技术不同实施例的二极管元件的剖面示意图。图5A及图5B分别绘示出根据本专利技术其他实施例的二极管元件的剖面示意图及平面示意图。【符号说明】 100 基底120 缓冲层140 第一III-N化合物层150 二维电子气160 第四III-N化合物层180 第二III-N化合物层200 第三III-N化合物层220 隔离区240 阴极区240’ 金属材料层 260 介电层280 开口300 开口320 高势垒区340 开口360 金属材料层380 金属材料层A 阳极电极C 阴极电极I 第一阳极区 II 第二阳极区III 第三阳极区具体实施方式以下说明本专利技术实施例的制作与使用。然而，可轻易了解本专利技术实施例提供许多合适的专利技术概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法制作及使用本专利技术，并非用以局限本专利技术的范围。再者，在本专利技术实施例的附图及说明内容中使用相同的标号来表示相同或相似的部件。以下配合图1H说明根据本专利技术一实施例的二极管元件，其中图1H绘示出根据本专利技术一实施例的二极管元件的剖面示意图。二极管元件包括一基底100。在本实施例中，基底100可包括硅(例如，硅(111))、氮化镓、碳化硅、蓝宝石(sapphire)或其他适合的基底。一缓冲层120设置于基底100上。在本实施例中，缓冲层120可包括氮化铝(AlN)、氮化铝镓、其组合或其他适合的材料。III族氮化物(III-N)化合物材料层设置于缓冲层120上，且用以定义有源区的一隔离区220环绕III-N化合物材料层，因而使各个元件独立。在一实施例中，隔离区220为一开口，自III-N化合物材料层向下延伸至露出部分的缓冲层120，如图1H所示。然而在其他实施例中，隔离区220可由植入电荷离子的III-N化合物材料所构成，此时隔离区220的上表面与有源区的III-N化合物材料层的上表面共平面。在本实施例中，III-N化合物材料层包括一第一III-N化合物层140、一第二III-N化合物层180、一第三III-N化合物层200及一第四III-N化合物层160。在其他实施例中，III-N化合物材料层也可仅包括第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180及第 三III-N化合物层200，而不包括第四III-N化合物层160。在本实施例中，第一III-N化合物层140可包括GaN、AlGaN或其他适合的III-N化合物材料，第二III-N化合物层180可包括AlGaN、AlInN、AlInGaN或其他适合的III-N化合物材料，第三III-N化合物层200可包括GaN或AlN或其他适合的III-N化合物材料，且第四III-N化合物层160可包括AlN或其他适合的III-N化合物材料。在一实施例中，III-N化合物材料层包括由下往上依序堆叠的第一III-N化合物层140、第四III-N化合物层160、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200，此时第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180、第三III-N化合物层200及第四III-N化合物层160为III族终结面，方向为[0001]。在另一实施例中，III-N化合物材料层包括由下往上依序堆叠的第二III-N化合物层180、第四III-N化合物层160、第一III-N化合物层140及第三III-N化合物层200，此时第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180、第三III-N化合物层200及第四III-N化合物层160可为N族终结面，方向为[000-1]。在本实施例中，第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间具有二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)，其位于第一III-N化合物层140内且邻近于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间的界面，如二维电子气150所示。二维电子气用于传输电流，以作为二极管元件的通道(channel)区。当III-N化合物材料层包括第四III-N化合物层160位于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间时，可增加二维电子气的载子迁移率(mobility)及电子浓度。另外，第三III-N化合物层200能够保护第二III-N化合物层180，避免第二III-N化合物层180氧化。阴极区240设置于III-N化合物材料层的第三III-N化合物层200上。在本实施例中，阴极区240由Ti/Al/Ni/Au的复合结构或其他适合的金属材料所构成，且包括欧姆(Ohmic)金属。一介电层260顺应性设置于阴极区240及III-N化合物材料层的第三III-N化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管元件，包括：一III‑N化合物材料层，具有一通道区位于其中；一阴极区，位于该III‑N化合物材料层上；一第一阳极区，位于该III‑N化合物材料层上，且延伸至该III‑N化合物材料层内，其中该第一阳极区的一底部位于该通道区下方；以及一第二阳极区，位于该阴极区与该第一阳极区之间的该III‑N化合物材料层上，且延伸至该III‑N化合物材料层内，其中该第二阳极区包括一高势垒区，该高势垒区邻接该第一阳极区的一侧壁。

【技术特征摘要】
1.一种二极管元件，包括：一III-N化合物材料层，具有一通道区位于其中；一阴极区，位于该III-N化合物材料层上；一第一阳极区，位于该III-N化合物材料层上，且延伸至该III-N化合物材料层内，其中该第一阳极区的一底部位于该通道区下方；以及一第二阳极区，位于该阴极区与该第一阳极区之间的该III-N化合物材料层上，且延伸至该III-N化合物材料层内，其中该第二阳极区包括一高势垒区，该高势垒区邻接该第一阳极区的一侧壁。2.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区局部覆盖该第一阳极区的该侧壁，而露出该侧壁邻近于该通道区的一部分。3.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区的一顶部位于该III-N化合物材料层内。4.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区的一顶部与该III-N化合物材料层的一上表面共平面。5.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料，且该III-N化合物材料内含有卤素原子。6.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料所构成的III族氧化物。7.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括一绝缘材料。8.如权利要求1所述的二极管元件，还包括一第三阳极区，该第三阳极区位于该III-N化合物材料层上，其中该第二阳极区位于该第三阳极区与该第一阳极区之间。9.如权利要求1所述的二极管元件，其中该III-N化合物材料层至少包括由下往上依序堆叠的一第一III-N化合物层、一第二III-N化合物层及一第三III-N化合物层，该通道区邻近于该第一III-N化合物层与该第二III-N化合物层之间的一界面，且其中该高势垒区的一底部位于该第二III-N化合物层内。10.如权利要求9所述的二极管元件，其中该III-N化合物材料层还包括一第四III-N化合物层，该第四III-N化合物层位于该第一III-N化合物层与该
\t第二III-N化合物层之间，且其中该高势垒区露出该第一阳极区的该侧壁位于该第三III-N化合物层上方的一部分。11.如权利要求1所述的二极管元件，还包括：一金属材料层，位于该III-N化合物材料层上，且与该阴极区彼此分离；以及另一金属材料层，自该第一阳极区及该第二阳极区延伸至该金属材料层。12.一种二极管元件的制造方法，包括：提供一III-N化合物材料层，该III-N化合物材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦振瀛，王柏翔，杨竣杰，李庚谚，
申请(专利权)人：中央大学，台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71