[發(fā)明專利]一種GaN異質(zhì)結(jié)功率二極管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410083056.8
• 申請(qǐng)日: 2014-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN103872145A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周琦;汪玲;鮑旭;牟靖宇;施媛媛;尉中杰;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及GaN異質(zhì)結(jié)功率二極管。

背景技術(shù)

作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，氮化鎵（GaN）具有很多優(yōu)良的特性：高臨界擊穿電場（～3.5×10⁶V/cm）、高電子遷移率（～2000cm²/vs）、高的二維電子氣（2DEG）濃度（～10¹³cm^-2）和良好的高溫工作能力等。基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管（HEMT）（或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管HFET，調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管MODFET，以下統(tǒng)稱為HEMT器件）在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，尤其是在射頻/微波領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用于無線通信、衛(wèi)星通信等。另外，基于寬禁帶GaN材料的該類器件具有反向阻斷電壓高、正向?qū)娮璧汀⒐ぷ黝l率高、效率高等特性，可以滿足系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體器件更大功率、更高頻率、更小體積、更低功耗和更惡劣工作環(huán)境的要求。

二極管在半導(dǎo)體領(lǐng)域占有極其重要的地位，近年來，基于GaN異質(zhì)結(jié)材料的二極管也已經(jīng)取得了較大發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的GaN異質(zhì)結(jié)肖特基二極管受肖特基接觸勢(shì)壘的影響其開啟電壓較大且其耐壓能力取決于肖特基金屬與GaN半導(dǎo)體之間的金屬-半導(dǎo)體接觸。較大的開啟電壓會(huì)增加器件的正向工作損耗，因此開發(fā)一種具有低正向開啟電壓、高反向耐壓的GaN功率二極管對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。文獻(xiàn)Jae-Gil?Lee,et.al.,“Low?Turn-on?Voltage?AlGaN/GaN-on-Si?Rectifier?With?Gated?Ohmic?Anode”,IEEE?Electron?Device?Letters,vol.34,no.2,Feb2013提出的凹槽結(jié)構(gòu)具有0.37V的開啟電壓，遠(yuǎn)小于肖特基勢(shì)壘二極管>1.0V的開啟電壓，但是在反向耐壓方面該結(jié)構(gòu)受傳統(tǒng)肖特基接觸反向漏電的限制。文獻(xiàn)Silvia?Lenci,et.al.,“Au-Free?AlGaN/GaN?Power?Diode?on8-in?Si?Substrate?With?Gated?EdgeTermination”,IEEE?Electron?Device?Letters,vol.34,no.8,Aug2013提出一種具有結(jié)終端的肖特基二極管。該結(jié)構(gòu)利用結(jié)終端結(jié)構(gòu)減小肖特基接觸反向漏電，但器件正向?qū)娏魇艿叫ぬ鼗佑|載流能力的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述傳統(tǒng)GaN異質(zhì)結(jié)功率二極管存在的問題，提出了一種具有低開啟電壓、低導(dǎo)通電阻、高導(dǎo)通電流、高反向耐壓和低功耗的新型GaN異質(zhì)結(jié)二極管。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種GaN異質(zhì)結(jié)功率二極管，包括襯底基片1、設(shè)置在襯底基片1上端面的GaN層2、設(shè)置在GaN層2上端面的AlMN層3，所述GaN層2和AlMN層3構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，所述AlMN層3上端面的兩側(cè)分別設(shè)置有第一肖特基金屬5和第二肖特基金屬9，所述第一肖特基金屬5和第二肖特基金屬9之間設(shè)置有鈍化層7，所述第一肖特基金屬5與AlMN層3之間設(shè)置有第一歐姆接觸層4，其特征在于，所述AlMN層3與第二肖特基金屬9的接觸面設(shè)置有凹槽8，所述凹槽8中靠近第一肖特基金屬5的一側(cè)設(shè)置有電介質(zhì)6，另一側(cè)設(shè)置第二歐姆接觸層10。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，基于刻蝕AlMN勢(shì)壘層局部減薄AlMN勢(shì)壘層的厚度從而降低異質(zhì)結(jié)的二維電子氣（2DEG）的濃度實(shí)現(xiàn)對(duì)二極管正向開啟電壓的調(diào)制從而獲得較低的器件正向開啟電壓，并利用電介質(zhì)引入到陽極結(jié)終端來降低反向漏電以提高器件反向耐壓，形成基于結(jié)終端實(shí)現(xiàn)高耐壓的GaN異質(zhì)結(jié)橫向二極管。該二極管具有極低的開啟電壓和高的耐壓能力。需要指出的是當(dāng)AlMN勢(shì)壘層的厚度、AlMN勢(shì)壘層Al的組分，或是異質(zhì)結(jié)中插入了AlN層，或是AlMN勢(shì)壘層中有摻雜以及摻雜的分布不同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)同樣低的正向開啟電壓所對(duì)應(yīng)的凹槽的深度會(huì)有所不同

具體的，所述AlMN層3中M為Ga、In和Ga與In的混合物中的一種。

具體的，所述電介質(zhì)6為SiO₂、Si₃N₄、AlN、Al₂O₃、MgO和HfO₂中的一種。

具體的，所述凹槽8的深度為20nm。

本發(fā)明的有益效果為，具有低開啟電壓、低導(dǎo)通電阻、高導(dǎo)通電流、高反向耐壓和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其制造工藝與傳統(tǒng)GaN異質(zhì)結(jié)HEMT器件兼容，可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)GaN異質(zhì)結(jié)HEMT器件的單片集成。