[發明專利]一種GaN基異質結肖特基二極管器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201410323609.2
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104332504A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 劉揚;鐘健;姚堯
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/47;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，具體涉及一種GaN基異質結肖特基二極管器件及其制作方法。?

背景技術

以GaN為代表的第三代寬禁帶半導體材料具有寬禁帶、高擊電場強度、高飽和電子漂移速度、高熱導率、異質界面二維電子氣濃度高等優良的材料性能特點，相比于Si材料，GaN器件更加適合制作大功率共容量、高開關速度的電力電子器件。與傳統Si器件相比，GaN器件能承載更高的功率密度，具有更高的能量轉換效率，可以使整個系統的體積和重量減少，從而降低系統成本。而由于其電學性能上的優越性，GaN基半導體材料被廣泛應用于電力電子器件領域，尤其應用在肖特基二極管上擁有巨大的優勢。?

二極管雖然結構最為簡單，但是由于其穩定性與可靠性，以及功能的多樣性而成為應用最為廣泛的GaN基電力電子器件。AlGaN/GaN異質結肖特基二極管(SBD)通過其異質界面存在的高濃度二維電子氣(2DEG)形成導電溝道，相比體材料GaN基SBD，其有更低的導通電阻和更大的輸出功率，器件工作能耗很低，適用于大功率SBD的制作。相對傳統結型二極管而言，肖特基二極管具有較大的優勢。一方面，作為多數載流子器件，肖特基二極管在開關過程中不存在傳統結型二極管的少數載流子存儲效應，可以達到更快的開關速度。另一方面，相對結型二極管而言，肖特基二極管正向壓降較小，?開關功耗遠遠小于傳統結型二極管。總體而言，肖特基二極管在中低電壓范圍內非常適合應用于開關和整流器件領域。?

但是，對目前AlGaN/GaN異質結SBD器件而言，仍存在一系列需要解決的技術問題。如何降低開啟電壓，同時不影響器件反向漏電流，是大功率開關應用的關鍵突破點。較低的開啟電壓使得SBD作為整流或開關器件時，可以在更低的電壓下開啟，降低開關過程的損耗，同時有效提高器件的正向電流。?

常用降低SBD開啟電壓的方式是通過降低肖特基接觸的勢壘來實現，一般選用較低功函數的金屬材料作為肖特基接觸的材料。這樣做雖然可以有效降低SBD的開啟電壓，但是由于肖特基勢壘降低，反向電壓下SBD對電流的截止作用下降，反向電流增大，這導致器件在反向下無法關斷，反向能耗增大，對器件的安全性造成很大的威脅。所以，降低開啟電壓和降低反向漏電流是兩個相互矛盾的因素。一個高性能的SBD需要在不增加反向漏電流的前提下，有效降低器件的開啟電壓。?

針對AlGaN/GaN基肖特基二極管降低開啟電壓和降低反向漏電流，國內外科研人員已經展開了一些研究。在最新的研究成果中，Furukawa公司的S.Yoshida等人提出了一種高低功函數金屬層混合電極的場效應肖特基二極管(FESBD)，實現了開啟電壓低于0.1V，反向擊穿電壓高于400V的器件特性。韓國首爾大學的Min-Woo?Ha等人也提出了一種凹槽結構異質結SBD來降低器件的開啟電壓，把開啟電壓降低到了0.73V。香港科技大學Wanjun?Chen等人設計了一種橫向場效應整流器(L-FER)，陽極采用歐姆接觸與肖特基接觸的組合，并且通過肖特基接觸下方F離子注入的方式，將開啟電壓降低到?0.63V，同時擊穿電壓保持在390V。雖然上述方法針對AlGaN/GaN基肖特基二極管降低了開啟電壓同時不影響反向漏電流，但是由于操作過程復雜且工藝技術單一，對開啟電壓的調制還有下降的空間，亟待進一步技術手段的改善。?

發明內容

本發明解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種GaN基異質結肖特基二極管器件及其制作方法。?

本發明采用高低功函數混合陽極的低開啟電壓，低反向漏電流的特性，并且結合陽極凹槽結構，進一步降低肖特基二極管的開啟電壓，工藝簡單，重復性好，提高了器件的穩定性與可靠性。?

為了實現上述的目的，本發明的技術方案為：提供一種GaN基異質結肖特基二極管器件，該器件包括襯底及生長在襯底之上的外延層，其中，外延層由下往上包括應力緩沖層、GaN層以及異質結構勢壘層。在外延層陽極區域刻蝕形成凹槽，凹槽與異質結構勢壘層的部分表面覆蓋蒸鍍低功函數金屬層，低功函數金屬層上方以及異質結構勢壘層平面區域蒸鍍高功函數金屬層，高低功函數金屬層兩者構成混合陽極。陰極區域處蒸鍍歐姆金屬層形成與異質結構勢壘層接觸的陰極，外延層整體覆蓋鈍化絕緣層，刻蝕絕緣層開出電極窗口。?

異質結構勢壘層為AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN材料中的一種或任意幾種組合，該異質結構勢壘層為非摻雜層或n型摻雜層；GaN層為高阻GaN層。?

歐姆接觸金屬層為Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合?金。?