[發(fā)明專利]具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610097597.1
• 申請日: 2006-11-10
• 公開（公告）號: CN101179098A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳家榮;王玉琦;陳文錦;邱凱;李新化
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及制法，尤其是具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)是繼第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)之后，應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。由于GaN具有寬的禁帶寬度和高的臨界擊穿場強(qiáng)，良好的電子輸運(yùn)特性和導(dǎo)熱特性，所以特別適用于高溫大功率器件。氮化鎵鋁(AlGaN)材料具有與GaN材料相同的晶格結(jié)構(gòu)，與GaN的晶格失配不超過2.5％，使AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)器件的實(shí)現(xiàn)成為可能。目前，以AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為核心的器件日益發(fā)展，包括金屬/AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)肖特基二極管、高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)等，這些器件以其大功率和高溫穩(wěn)定性已逐漸在軍事、航空、雷達(dá)通信、汽車工業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。人們?yōu)榱双@得以AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為核心的肖特基二極管，作了一些嘗試和努力，如在2004年7月27日公開的美國發(fā)明專利說明書US?6768146B2中披露的一種“使用相同的材料和方法制備III-V簇氮化物半導(dǎo)體器件、保護(hù)元件和功率轉(zhuǎn)換器”。它意欲提供一種橫向肖特基二極管、縱向肖特基二極管和場效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)與制備方法。橫向肖特基二極管的構(gòu)成為藍(lán)寶石襯底上依次覆有氮化鎵層、重?fù)诫s氮化鎵層，以及重?fù)诫s氮化鎵層上的正極和負(fù)極；正極由摻雜氮化鎵層和氮化鎵鋁層及其上的肖特基接觸金屬層構(gòu)成，肖特基接觸金屬層為依次疊加淀積的肖特基接觸金屬鈦和肖特基接觸金屬鉑，負(fù)極為歐姆接觸，由鉭硅層構(gòu)成；在實(shí)際使用時，肖特基接觸金屬層上還覆有用于電連接的金屬電極層，以致其構(gòu)成實(shí)為金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管。其制備方法為分別先后使用分子束外延法和等離子體化學(xué)氣相淀積法于藍(lán)寶石襯底上生長或淀積氮化鎵層、重?fù)诫s氮化鎵層和其上的正極與負(fù)極。但是，這種橫向肖特基二極管及其制備方法均存在著不足之處，首先，之所以選用GaN作為肖特基二極管的基底，是基于其具有可應(yīng)用于高溫大功率器件的優(yōu)良電學(xué)性質(zhì)，可是，這種橫向肖特基二極管卻有著正極電流分布均勻性的問題。在實(shí)測或?qū)嶋H使用中，當(dāng)這種橫向肖特基二極管正向偏置時，電流在正極內(nèi)的分布是不均勻的，正極邊緣的電流密度比中間的電流密度大得多。其緣由為當(dāng)金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管正向偏置時，電流從二極管的正極流入，經(jīng)過AlGaN薄層后再從二維電子氣溝道流到接地的負(fù)極，在電流流經(jīng)二維電子氣溝道時，二維電子氣溝道內(nèi)存在的電壓降，使得加在AlGaN層上的電壓在橫向上存在著差異，而這種差異使正極邊緣附近的電壓降最大，因此正極邊緣附近流經(jīng)AlGaN層的電流密度也就最大，這極易造成正極邊緣附近的局域過熱，損壞金屬與AlGaN的肖特基接觸，加之電流與溫度的正反饋效應(yīng)也將使局域過熱加劇，長時間必將燒毀這種橫向肖特基二極管。有著被稱之為電流集邊效應(yīng)的這種橫向肖特基二極管隨著其中的溝道設(shè)計(jì)長度的加大，這種電流的不均勻性將更加顯著。為解決這一問題，人們在設(shè)計(jì)這種橫向肖特基二極管正極時，將不得不減小橫向肖特基二極管正極的寬度，然而這又將極大地增加制作的難度；其次，此制備方法既不能有效地緩解橫向肖特基二極管的電流集邊效應(yīng)，又因工藝過程較單一而難以降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)合理、電流集邊效應(yīng)低，使用方便的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法。

具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管包括襯底上的氮化鎵層，以及氮化鎵層上的正極、負(fù)極和其相互間的掩模，所說正極包含氮化鎵鋁層、肖特基接觸金屬層和金屬電極層，特別是所說正極中還包含有多晶硅層，所說多晶硅層位于所說肖特基接觸金屬層和金屬電極層之間。

作為具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的多晶硅層的厚度為100～500nm、電阻率為6×10^-2～2×10^-1Ωcm；所述的肖特基接觸金屬層為金屬鎳層或金屬金層或金屬鉑層或金屬鈀層或金屬錸層或鉭鎳合金(Ni/Ta)層或鉑銦(PdIn)層或鎳硅(NiSi)層或鉑硅(PtSi)層；所述的負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為鈦鋁合金層或鈦鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層；所述的掩模為氮化硅掩模或氮化鋁掩?；蜓趸柩?!-- SIPO -->模。