[發(fā)明專利]常關(guān)型場控溝道GaN異質(zhì)結(jié)二極管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110234794.4
• 申請日: 2011-08-16
• 公開（公告）號: CN102280494A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳萬軍;張競;汪志剛;魏進(jìn);張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及GaN異質(zhì)結(jié)二極管。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表之一，具有如下優(yōu)異的特性：高的臨界擊穿電場(～3.5×10⁶V/cm)、高電子遷移率(～2000cm²/V·s)、高的二維電子氣(2DEG)濃度(～10¹³cm^-2)、高的高溫工作能力?；贕aN材料的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFETs)(或高電子遷移率HMETs，調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管MODFETs，以下統(tǒng)稱為HFETs)在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)取得廣泛應(yīng)用。該類器件具有反向阻斷電壓高、正向?qū)娮璧?、工作頻率高等特性，因此可以實(shí)現(xiàn)能滿足系統(tǒng)對半導(dǎo)體器件更大功率、更高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求。

二極管是半導(dǎo)體領(lǐng)域中極其重要的組成部分，近年來，基于GaN異質(zhì)結(jié)材料的二極管已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，但現(xiàn)階段的研究主要集中于GaN的傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)(SBD和PiN)。一方面，這些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與最成熟的GaN開關(guān)器件AlGaN/GaN?HFET結(jié)構(gòu)不兼容，其發(fā)展沒有兼顧器件的相互集成，不適用于半導(dǎo)體向集成化、智能化、小型化發(fā)展的需要。另一方面，對于這些傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)本身而言，由于其固有的工作機(jī)理決定了該類器件具有較大的開啟電壓以及較高的正向?qū)娮?。具體而言，GaN傳統(tǒng)二極管正向?qū)〞r電子所必須跨越的勢壘(PiN管的PN結(jié)勢壘或者SBD的金屬/GaN肖特基勢壘等)使得該類器件具有較差的器件性能，不利于降低器件功耗。如文獻(xiàn)Z.Z.et.al.，“High?voltage(450V)GaN?Schottky?rectifiers，”Appl.Phys.Lett.，vol.74，pp：1266-1268，Mar.，1999報道了采用Au作為陽極金屬的傳統(tǒng)SBD器件，其正向開啟電壓為4.2V。為了降低SBD器件的正向開啟電壓，文獻(xiàn)S.Yoshida，et.al.，“Low?on-voltage?operation?AlGaN/GaN?schottky?barrier?diode?with?a?dual?Schottky?structure”，IEICE?Trans.Electron.E88-C，pp.690-693，2005報道了具有低金屬功函數(shù)和高金屬功函數(shù)的雙金屬陽極的SBD器件，以優(yōu)化器件正向開啟電壓和反向耐壓的矛盾關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了較低的正向開啟電壓(～2V)，但該器件與傳統(tǒng)AlGaN/GaN?HFETs工藝不兼容。文獻(xiàn)Wanjun?Chen，et.al.，“High-performance?AlGaN/GaN?lateral?field-effect?rectifiers?compatible?with?high?electron?mobility?transistors”，Appl.Phys.Lett.，vol.92，253501，2008報道了采用氟等離子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的場控功率整流器結(jié)構(gòu)(L-FER)，該結(jié)構(gòu)通過肖特基-歐姆接觸構(gòu)成的復(fù)合陽極實(shí)現(xiàn)了對器件開啟與截止的電場控制，實(shí)現(xiàn)了較低的開啟電壓，但氟離子注入技術(shù)可能破壞AlGaN晶格完整性，并且器件的穩(wěn)定性也有待研究。

傳統(tǒng)的GaN異質(zhì)結(jié)二極管(如SBD)沒有場控電極結(jié)構(gòu)，是一種常開型器件，正向?qū)娮栎^大、功耗較大；反相截止能力很差；與最成熟的GaN異質(zhì)結(jié)開關(guān)器件AlGaN/GaN?HFET結(jié)構(gòu)不兼容，不利于器件的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于GaN異質(zhì)結(jié)場控能帶模型(FBM：Field-effect?Band?Model)，提出常關(guān)型場控溝道GaN異質(zhì)結(jié)二極管。該類二極管屬于常關(guān)型器件，具有較低的正向?qū)娮韬凸?，較強(qiáng)的反向截止能力，并且與AlGaN/GaN?HEMT功率開關(guān)器件工藝兼容，有利于器件的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案可以概括為：