氮基半导体器件及其制造方法技术

一种氮基半导体器件，包括第一和第二氮基半导体层、源极电极、栅极电极和漏极结构。漏极结构包括第一掺杂的氮基半导体层、欧姆接触电极和导电层。第一掺杂的氮基半导体层与第二氮基半导体层接触以形成第一接触界面。欧姆接触电极与第二氮基半导体层接触以形成第二接触界面。导电层包括金属并与第二氮基半导体层接触以在其间形成金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮基半导体器件及其制造方法


[0001]本专利技术一般涉及氮基半导体器件。更具体地说，本专利技术涉及具有结势垒肖特基欧姆结构(junction barrier Schottky
‑
ohmic structure,(JBS
‑
ohmic))的电极结构的氮基半导体器件。

技术介绍

[0002]近年来，对高电子迁移率晶体管(high
‑
electron
‑
mobility transistors,(HEMTs))的深入研究非常普遍，尤其是在大功率开关和高频应用方面。III族氮基HEMT利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面形成量子阱状结构(quantum well
‑
like structure)，其容纳二维电子气(two
‑
dimensional electron gas,2DEG)区域，满足高功率/频率器件的要求。除了HEMT，具有异质结构的器件的示例还包括异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistors,HBT)、异质结场效应晶体管(heterojunction field effect transistor,HFET)和调制掺杂场效应晶体管(modulation
‑
doped FETs,MODFET)。
[0003]由于氮化镓(gallium nitride,GaN)的优异特性，氮化镓基(GaN
‑
based)器件可应用于不同的电路。例如，直流
‑
直流(DC
‑
DC)转换电路、直流
‑
交流(DC
‑
AC)转换电路和交流
‑
交流(AC
‑
AC)转换电路。具体而言，对于交流
‑
交流转换电路，它需要使用双向开关(bidirectional switch circuit)电路来促进其电路功能。因此，如何将HEMT放入电路中构成双向开关电路成为研究方向之一。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了一种氮基半导体器件。氮基半导体器件包括第一氮基半导体层、第二氮基半导体层、源极电极、栅极电极和漏极结构。第二氮基半导体层设置于第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。源极电极和栅极电极设置在第二氮基半导体层上方。漏极结构设置于第二氮基半导体层上方。漏极结构包括第一掺杂的氮基半导体层、欧姆接触电极和导电层。第一掺杂的氮基半导体层与第二氮基半导体层接触以形成第一接触界面。欧姆接触电极与第二氮基半导体层接触以形成第二接触界面。导电层包括金属并与第二氮基半导体层接触以在其间形成金属
‑
半导体接面。导电层连接第一掺杂的氮基半导体层和欧姆接触电极，并且第二接触界面比第一接触界面和金属
‑
半导体接面离栅极电极更远。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于制造氮基半导体器件的方法。此方法包括以下步骤。在衬底上形成第一氮基半导体层。在第一氮基半导体层上形成第二氮基半导体层。第一掺杂的氮基半导体层形成而使其与第二氮基半导体层接触。欧姆接触电极形成而使其与第二氮基半导体层和第一掺杂的氮基半导体层接触。导电层形成而使其与第二氮基半导体层、第一掺杂的氮基半导体层和欧姆接触电极接触。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种氮基半导体器件。氮基半导体器件包括第一
氮基半导体层、第二氮基半导体层、源极电极、栅极电极、金属电极和导电层。第二氮基半导体层设置于第一氮基半导体层上方，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。源极电极和栅极电极设置在第二氮基半导体层上方。金属电极与第二氮基半导体层接触，并与第二氮基半导体层形成欧姆接触区域。导电层与第二氮基半导体层接触，并与第二氮基半导体层形成肖特基二极管。第一掺杂的氮基半导体层与第二氮基半导体层接触，并与第二氮基半导体层形成第一PN二极管。肖特基二极管和第一PN二极管出现于栅极电极和欧姆接触区之间。
[0007]通过上述配置，在本专利技术的实施例中，漏极结构和第二氮基半导体层(例如，势垒层)之间的界面为整合有PN二极管、肖特基二极管和欧姆接触的复合界面，其中欧姆接触距离栅极电极最远。因此，PN二极管和肖特基二极管的耗尽区可以位于栅极电极和欧姆接触之间，此配置有利于提高器件的反向耐受电压(reverse withstand voltage)。此外，当漏极结构被施予正向偏压时，根据正向偏压的大小，电子可以流过PN二极管、肖特基二极管和欧姆接触中的至少一个。此配置可以增加正向电流(forward current)并降低半导体器件的导通电阻(on
‑
resistance,R
on
)。当漏极结构被施予反向偏压时，漏极结构内的掺杂的氮基半导体层可以减小肖特基二极管附近的电场，从而降低漏电流和功耗并提高器件的效率。
附图说明
[0008]当结合附图阅读时，从以下具体实施方式能容易地理解本揭露内容的各方面。应注意的是，各个特征可以不按比例绘制。实际上，为了便于论述，可任意增大或减小各种特征的尺寸。本专利技术的实施例在下文中可对照附图以进行更详细的描述，其中：
[0009]图1A是根据本专利技术一些实施例的半导体器件的垂直截面图；
[0010]图1B描绘本专利技术一些实施例的图1A的半导体器件的结构与阻挡层的接触界面；
[0011]图2A至图2C是根据本专利技术的一些实施例半导体器件在其操作期间中的载子流的示意图；
[0012]图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F示出了根据本专利技术一些实施例的用于制造氮基半导体器件的方法的不同阶段图；
[0013]图4是根据本专利技术一些实施例的半导体器件的垂直截面图；
[0014]图5是根据本专利技术一些实施例的半导体器件的垂直截面图；以及
[0015]图6是根据本专利技术一些实施例的半导体器件的垂直截面图。
具体实施方式
[0016]于全部的附图和详细说明中，将使用相同的参考符号来表示相同或相似的部件。借由以下结合附图的详细描述，将可容易理解本揭露内容的实施方式。
[0017]于空间描述中，像是“上”、“下”、“上方”、“左侧”、“右侧”、“下方”、“顶部”、“底部”、“纵向”、“横向”、“一侧”、“较高”、“较低”、“较上”、“之上”、“之下”等的用语，是针对某个组件或是由组件所构成的群组的某个平面定义的，对于组件的定向可如其对应图所示。应当理解，这里使用的空间描述仅用于说明目的，并且在此所描述的结构于实务上的体现可以是以任何方向或方式设置于空间中，对此的前提为，本
技术实现思路
的实施方式的优点不因如
此设置而偏离。
[0018]此外，需注意的是，对于描绘为近似矩形的各种结构的实际形状，在实际器件中，其可能是弯曲的、具有圆形的边缘、或是具有一些不均匀的厚度等，这是由于设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮基半导体器件，其特征在于，包括：第一氮基半导体层；第二氮基半导体层，设置于所述第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于所述第一氮基半导体层的带隙；源极电极和栅极电极，设置于所述第二氮基半导体层之上；以及漏极结构，设置于所述第二氮基半导体层上，所述漏极结构包括：第一掺杂的氮基半导体层，与所述第二氮基半导体层接触以形成第一接触界面；欧姆接触电极，与所述第二氮基半导体层接触以形成第二接触界面；以及导电层，包括金属并与所述第二氮基半导体层接触以在其间形成金属
‑
半导体接面，其中所述导电层连接所述第一掺杂的氮基半导体层和所述欧姆接触电极，且所述第二接触界面比所述第一接触界面和所述金属
‑
半导体接面更远离所述栅极电极。2.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述第一接触界面出现于所述金属
‑
半导体接面和所述第二接触界面之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述第一接触界面紧靠所述金属
‑
半导体接面和所述第二接触界面。4.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述导电层向上延伸至高于所述第一掺杂的氮基半导体层和所述欧姆接触电极的位置。5.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述导电层直接覆盖所述第一掺杂的氮基半导体层的上表面和所述欧姆接触电极的上表面。6.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，还包括：接触通孔，连接所述导电层，并通过所述导电层与所述第一掺杂的氮基半导体层和所述欧姆接触电极电耦合。7.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述第一掺杂的氮基半导体层紧靠所述欧姆接触电极以形成垂直界面。8.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述漏极结构还包括：第二掺杂的氮基半导体层，与所述第二氮基半导体层接触，以在所述栅极电极和所述金属
‑
半导体接面之间形成第三接触界面。9.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述金属
‑
半导体接面紧靠所述第三接触界面。10.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述导电层完全地填充所述第一和所述第二掺杂的氮基半导体层之间的区域。11.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述导电层直接覆盖所述第一和第二掺杂的氮基半导体层的上表面。12.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述第一掺杂的氮基半导体层和所述第二掺杂的氮基半导体层的宽度彼此不同。13.根据前述权利要求中任一项所述的氮基半导体器件，其特征在于，其中所述导电层和所述第二氮基半导体层共同地形成肖特基二极管，且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何清源，郝荣晖，陈扶，章晋汉，黄敬源，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：