[發明專利]一種GaN異質結二極管器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201410608662.7
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104362181B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 裴軼;陳洪維
• 申請（專利權）人: 蘇州捷芯威半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 路凱,胡彬

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種GaN異質結二極管器件及其制作方法。

背景技術

第三代半導體氮化鎵(GaN)是具有寬禁帶，高導熱率，高電子遷移率等性質的材料，氮化鎵基功率器件的高溫，高電壓，高頻及高功率性能遠高于第一代半導體硅(Si)和第二代半導體砷化鎵(GaAs)材料器件。同時，氮化鎵可以與其他III-V族化合物半導體如AlGaN形成異質結，這種結構具有強烈的自發極化和壓電極化效應，能在異質結的界面附近形成濃度很高電子的二維電子氣溝道(2DEG),密度可達10¹³cm^-2。此外GaN材料具有很高的擊穿場強，因此基于GaN材料的器件特別適合用于制造大功率電子器件，如高壓開關器件，大功率肖特基二極管(SBD)，以及在微波射頻領域中運用于通訊的高頻高功率HEMT器件。

目前，基于GaN材料在功率二極管領域已經取得較大發展，如夏普公司K.Takatani等人提出了在AlGaN層中使用氟離子注入完全耗盡下方溝道中二維電子氣，提升二極管導通電壓至0V左右，再使用肖特基結構的陽極電極控制AlGaN層中的氟離子實現控制器件的導通與關斷。最終得到擊穿電壓大于200V,反向漏電小于10^-3A/mm。但采用氟離化物等離子體注射時會對材料自身造成傷害，使器件可靠性下降。具體可參見文獻K.Takatani,et,al.,“AIGaN/GaN Schottky-ohmic combined anode field effect diode with fluoride-based plasma treatment”Electronics Letters,IEEE Volume:44,2008。

Jae-Gil Lee等人則采用刻蝕AlGaN勢壘層的方法耗盡下方二維電子氣，并在刻蝕后的凹槽區域重新生長肖特基接觸的金屬，這種具有凹槽結構的陽極二極管得到了開啟電壓1.5V，反向擊穿電壓1440V的結果。具體可參見文獻Jae-Gil Lee,et al.,“Low Turn-On Voltage AlGaN/GaN-on-Si Rectifier With Gated Ohmic Anode”Electron Device Letters,IEEE Volume:34,2013。

目前以GaN異質結結構的肖特基二極管大多是以肖特基勢壘實現整流特性。電子需要越過肖特基勢壘實現導通，所以正向開啟電壓(Vth)較大，一般大于1.5V。若要減小開啟電壓則需要減小肖特基勢壘，但反向偏壓時漏電將會增大，所以正向開啟電壓與反向漏電之間為相互矛盾關系。因此圍繞著提高擊穿電壓，降低反向漏電電流，增大正向電流和減小開啟電壓等方面還需要不斷改進創新。

發明內容

本發明提供一種GaN異質結二極管器件及其制作方法，以實現使二極管同時具有低開啟電壓，低導通電阻、高反向耐壓和高正向導通電流的特性。

第一方面，本發明實施例提供一種GaN異質結二極管器件，包括：

襯底；

位于所述襯底上的緩沖層；

位于所述緩沖層上的溝道層；

位于所述溝道層上的勢壘層，所述勢壘層與溝道層形成異質結構，并在異質結界面處形成二維電子氣溝道；

位于所述勢壘層上的冒層；

位于所述勢壘層上方、所述冒層兩側的第一歐姆陽極和歐姆陰極，所述第一歐姆陽極與所述冒層接觸；

位于所述第一歐姆陽極和所述冒層上的第二歐姆陽極，所述第二歐姆陽極與所述冒層形成歐姆金屬接觸。

進一步地，所述襯底材料為碳化硅、硅或藍寶石；所述緩沖層材料包括非摻雜GaN、AlN或其它III-V族氮化物；所述溝道層材料為非摻雜GaN層；所述勢壘層材料為AlGaN或其它III-V族氮化物。

進一步地，所述冒層材料為p型AlGaN和p型GaN的任意一種或二者形成的漸變層，厚度為10-200nm。

進一步地，所述第一歐姆陽極、歐姆陰極的材料包括Ti、Al、Au、Ni、Mo、Si、TiN、Ta、W中的任意一種或任意幾種組合的合金，所述第二歐姆陽極結構包括Ni、Au、Pt、Pd、W、Ag、Cr、ITO中的任意一種或任意幾種組合；

或者，

所述第一歐姆陽極、歐姆陰極、第二歐姆陽極的材料均包括Ni、Au、Pt、Pd、W、Ag、Cr、ITO中的任意一種或任意幾種組合。