用于制造横向肖特基二极管的方法以及该二极管技术

本申请公开了一种用于制造横向肖特基二极管的方法以及二极管，该二极管包括形成在限定于第一半导体材料层和第二半导体材料层之间的异质结中的二维电子气。第一绝缘材料层和第二绝缘材料层设置在第二半导体层上。第一电极和第二电极设置在第二绝缘材料层中。第一电极耦接于第二半导体材料。第二电极耦接于异质结。第三绝缘材料层和第四绝缘材料层设置在第二绝缘层上。第一过孔设置在第四绝缘材料层中，并且耦接于第二电极。第一场板设置在第四绝缘材料层中。第一场板的边缘朝向第一过孔横向地延伸。所述第一过孔与第一过孔的边缘隔开。第一场板耦接于第一电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及高电子迁移率晶体管，特别地，涉及高电子迁移率晶体管的GaN肖特基(Schottky)二极管和其它部件的设计。
技术介绍
在诸如加减电压转换器(buck-boostconverter)等的功率转换电路中，对与高电压输出二极管相组合的高电压功率开关晶体管的需要是常见的。由于缺乏高电压单片集成解决方案，功率转换电路通常利用具有分立高电压输出二极管的分立高电压功率开关晶体管。
技术实现思路
根据本申请的一方面，提供了一种二极管，包括：二维电子气，形成在限定于第一半导体材料层和第二半导体材料层之间的界面处的异质结中；第一绝缘材料层和第二绝缘材料层，设置在第二半导体材料层上；第一电极和第二电极，设置在所述第二绝缘材料层中，其中，所述第一电极设置成离所述第二电极第一横向距离，所述第一电极通过所述第一绝缘材料层耦接至所述第二半导体材料层，所述第二电极通过所述第一绝缘材料层和所述第二绝缘材料层耦接至所述异质结；第三绝缘材料层和第四绝缘材料层，设置在所述第二绝缘材料层上；第一过孔，设置在所述第四绝缘材料层中，并且通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第二电极；以及第一场板，设置在所述第四绝缘材料层中，其中，所述第一场板的边缘朝向所述第四绝缘材料层中的所述第一过孔横向地延伸，其中，所述第一场板的边缘在所述第四绝缘材料层中与所述第一过孔的边缘隔开第二横向距离，其中，所述第一场板通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第一电极。进一步地，所述第一场板通过所述第一绝缘材料层、所述第二绝缘材料层以及所述第三绝缘材料层而与所述第二半导体材料层竖直地隔开。进一步地，所述第一电极是所述二极管的肖特基接触，并且所述第二电极是所述二极管的欧姆接触。进一步地，所述第一电极是所述二极管的阳极，并且其中，所述第二电极是所述二极管的阴极。进一步地，所述第一场板是第一阳极连接场板。进一步地，所述第一场板具有矩形的横截面。进一步地，所述第一半导体材料层包括GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN或AlIn-GaN中的至少一种。进一步地，所述第二半导体材料层包括AlGaN、GaN、InN、AlN、InGaN或AlIn-GaN中的至少一种。进一步地，所述第二半导体材料层包括含有砷的化合物半导体，所述含有砷的化合物半导体包括GaAs、InAs、AlAs、InGaAs、AlGaAs或InAlGaAs中的至少一种。进一步地，所述第一电极和第二电极包含金属，所述金属包括Al、Ni、Ti、TiW、TiN、TiAu、TiAlMoAu、TiAlNiAu或TiAlPtAu中的至少一种。进一步地，所述第一绝缘材料层是包含介电材料的栅极绝缘体，所述介电材料包括氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、氮化铝(AlN)、氧化铪(HfO2)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或氮化硅铝(AlSiN)中的至少一种。所述二极管进一步包括：第五绝缘材料层，设置在所述第四绝缘材料层上第二过孔，设置在所述第五绝缘材料层中，并且通过所述第四绝缘材料层耦接至所述第一过孔；以及第二场板，设置在所述第五绝缘材料层中，其中，所述第二场板的边缘朝向所述第五绝缘材料层中的所述第二过孔横向地延伸，其中，所述第二场板的边缘在所述第五绝缘材料层中与所述第二过孔的边缘隔开第三横向距离，其中，所述第二场板通过所述第四绝缘材料层耦接至所述第一场板。进一步地，所述第二场板的所述边缘朝向所述第二过孔横向地延伸比所述第三横向距离大的第四横向距离，以使得所述第三横向距离和所述第四横向距离的总和等于所述第二横向距离。所述二极管进一步包括第三场板，所述第三场板设置在所述第三绝缘材料层中，其中，所述第三场板的边缘朝向所述第三绝缘材料层中的所述第一过孔横向地延伸，所述第三场板的边缘离所述第一场板的边缘第四横向距离，从而所述第二横向距离和所述第四横向距离的总和等于从所述第三场板的所述边缘到所述第一过孔的总横向距离。根据本申请的另一方面，提供了一种用于制造横向肖特基二极管的方法，包括：在基板上沉积半导体材料层，以在限定于所述半导体材料层之间的界面处的异质结中形成二维电子气；在半导体材料层上沉积钝化层；对所述钝化层和所述半导体材料层蚀刻开口；形成所述横向肖特基二极管的欧姆接触，其中，所述欧姆接触通过所述钝化层中的一个和所述半导体材料层中的一个耦接至所述异质结；形成所述横向肖特基二极管的肖特基接触，其中，所述肖特基接触通过所述钝化层中的所述一个耦接至所述半导体材料层中的所述一个；在所述钝化层中图案化一个或多个场板，其中，所述场板耦接至所述肖特基接触，其中，所述一个或多个场板中的每一个均通过相应的钝化层而竖直地隔开，其中，所述一个或多个场板中的每一个均从所述肖特基接触横向地延伸到所述欧姆接触；以及在最顶部的钝化层上沉积封装层。附图说明参考附图描述了本专利技术的非限制性的和非穷尽的实施方式，其中，除非以其它方式指明，否则相同的参考标号在各个图中表示相同的部件。图1是根据本公开教导的横向沟道GaN肖特基二极管的横截面视图。图2是根据本公开教导的横向沟道GaN肖特基二极管的横截面视图。图3是根据本公开教导的横向沟道GaN肖特基二极管的横截面视图。图4A、4B是示出了根据本公开教导的在OFF(断开)状态中在GaN肖特基二极管的一些实施例的源极与漏极之间的异质结处的电压和电场的曲线图。图5A、5B是示出了根据本公开教导的在ON(导通)状态中在GaN肖特基二极管的一些实施例的阳极与阴极之间的异质结处的电压和电场的曲线图。图6是示出了根据本公开教导的用于固定阳极电势、但是各种不同的分立阴极电势的在断开状态中在GaN肖特基二极管的一些实施例的异质结处的电场的曲线图。图7是示出了根据本公开教导的制造GaN肖特基二极管的方法的流程图。对应的参考标号在附图的所有多个视图中表示对应的部件。本领域技术人员将理解的是，图中的元件是为了简单性和清楚性而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸相对于其它元件可能被放大，以帮助提高对本专利技术的各实施方式的理解。此外，在商业上可行的实施方式中有用的或必要的那些常见但易于理解的元件通常不被示出，以方便对本专利技术的这些不同实施方式的不太受阻的观看。具体实施方式本文描述了GaN肖特基二极管以及形成GaN肖特基二极管的方法的实施方式。在以下的描述中，阐述了多个特定细节，以便提供对本专利技术的彻底理解。但是，对于本领域技术人员来说明显的是，所述特定细节不是必须被用来实践本专利技术。在其它情况中，众所周知的材料或方法没有进行详细描述，以避免使本专利技术不清楚。在整个说明书中提及“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”意味的是，结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。因而，在整个说明书中的不同位置处的“在一个实施例中”、\在一实施例中\、“一个实例”或“一实例”这种短语的表述未必都是指同一实施例或实例。此外，特定的特征、结构或特性可在一个或多个实施例或实例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。特定的特征、结构或特性可被包括在提供所描述的功能的集成电路、电子电路、组合逻辑电路、或其它合适的部件中。此外，应理解的是，本文所提供的附图是用于对本领域技术人员解释的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管，包括：二维电子气，形成在限定于第一半导体材料层和第二半导体材料层之间的界面处的异质结中；第一绝缘材料层和第二绝缘材料层，设置在第二半导体材料层上；第一电极和第二电极，设置在所述第二绝缘材料层中，其中，所述第一电极设置成离所述第二电极第一横向距离，所述第一电极通过所述第一绝缘材料层耦接至所述第二半导体材料层，所述第二电极通过所述第一绝缘材料层和所述第二绝缘材料层耦接至所述异质结；第三绝缘材料层和第四绝缘材料层，设置在所述第二绝缘材料层上；第一过孔，设置在所述第四绝缘材料层中，并且通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第二电极；以及第一场板，设置在所述第四绝缘材料层中，其中，所述第一场板的边缘朝向所述第四绝缘材料层中的所述第一过孔横向地延伸，其中，所述第一场板的边缘在所述第四绝缘材料层中与所述第一过孔的边缘隔开第二横向距离，其中，所述第一场板通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第一电极。

【技术特征摘要】
2015.08.04 US 14/818,1901.一种二极管，包括：二维电子气，形成在限定于第一半导体材料层和第二半导体材料层之间的界面处的异质结中；第一绝缘材料层和第二绝缘材料层，设置在第二半导体材料层上；第一电极和第二电极，设置在所述第二绝缘材料层中，其中，所述第一电极设置成离所述第二电极第一横向距离，所述第一电极通过所述第一绝缘材料层耦接至所述第二半导体材料层，所述第二电极通过所述第一绝缘材料层和所述第二绝缘材料层耦接至所述异质结；第三绝缘材料层和第四绝缘材料层，设置在所述第二绝缘材料层上；第一过孔，设置在所述第四绝缘材料层中，并且通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第二电极；以及第一场板，设置在所述第四绝缘材料层中，其中，所述第一场板的边缘朝向所述第四绝缘材料层中的所述第一过孔横向地延伸，其中，所述第一场板的边缘在所述第四绝缘材料层中与所述第一过孔的边缘隔开第二横向距离，其中，所述第一场板通过所述第三绝缘材料层耦接至所述第一电极。2.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一场板通过所述第一绝缘材料层、所述第二绝缘材料层以及所述第三绝缘材料层而与所述第二半导体材料层竖直地隔开。3.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一电极是所述二极管的肖特基接触，并且所述第二电极是所述二极管的欧姆接触。4.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一电极是所述二极管的阳极，并且其中，所述第二电极是所述二极管的阴极。5.根据权利要求4所述的二极管，其中，所述第一场板是第一阳极连接场板。6.根据权利要求5所述的二极管，其中，所述第一场板具有矩形的横截面。7.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一半导体材料层包括GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN或AlIn-GaN中的至少一种。8.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第二半导体材料层包括AlGaN、GaN、InN、AlN、InGaN或AlIn-GaN中的至少一种。9.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第二半导体材料层包括含有砷的化合物半导体，所述含有砷的化合物半导体包括GaAs、InAs、AlAs、InGaAs、AlGaAs或InAlGaAs中的至少一种。10.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一电极和第二电极包含金属，所述金属包括Al、Ni、Ti、TiW、TiN、TiAu、TiAlMoAu、TiAlNiAu或TiAlPtAu中的至少一种。11.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述第一绝缘材料层是包含介电材料的栅极绝缘体，所述介电材料包括氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、氮化铝(AlN)、氧化铪(HfO2)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或氮化硅铝(AlSiN)中的至少一种。12.根据权利要求1所述的二极管，进一步包括：第五绝缘材料层，设置在所述第四绝缘材料层上；第二过孔，设置在所述第五绝缘材料层中，并且通过所述第四绝缘材料层耦接至所述第一过孔；以及第二场板，设置在所述第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·库迪莫夫，贾马尔·拉姆达尼，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国;US