[發明專利]一種空氣橋結構肖特基柵控二極管器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201811386484.2
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109545860B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張佰君;王玲龍;楊隆坤
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/45;H01L29/47;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

本發明涉及半導體芯片太赫茲波段領域，更具體的，涉及到一種具有空氣橋結構肖特基柵控二極管器件及其制作方法?？諝鈽蚪Y構肖特基柵控二極管器件集成了高功函數金屬柵、低功函金屬肖特基接觸、指狀空氣橋。制備的空氣橋肖特基柵控二極管具有正向導通電壓低、反向漏電小、截止頻率高、能量消耗低、非線性強等優點，其制成的混頻倍頻器能實現太赫茲波段的頻譜搬移功能，用于優良的太赫茲源及接收器。

技術領域

本發明涉及半導體芯片太赫茲波段技術領域，更具體地，涉及一種空氣橋結構肖特基柵控二極管器件及其制作方法。

背景技術

太赫茲波段是位于100GHz～10THz頻段，位于紅外和微波之間，與宏觀電子學和微觀電子學相接。太赫茲波段的光子能量低，安全性高，穿透強，包含信息能力強。太赫茲波段的利用不僅能擴大可用信道帶寬，而且太赫茲頻段通信能比普通無線通信有更大的保密優勢，并且在射電天文學、雷達成像、醫學、生物學等領域都有極大的需求。上個世紀以來，一種性能穩定、體積小、耗能低的太赫茲源一直是研究的熱點。

相比較于適用在太赫茲波段的熱電子輻射熱計，三極管混頻器和耿氏二極管這些需要苛刻條件才能正常工作的太赫茲器件，肖特基二極管展現出明顯的優勢，這是一種能工作在室溫下的固態電子器件，而且截止頻率也能達到很高。

AlGaN/GaN異質結的HEMT高遷移率半導體材料具有很小的溝道電阻，高的峰值電子速度和飽和電子速度，二維電子氣濃度大，電子遷移率高等特點，適合用在高頻做混頻倍頻器件。

傳統的方法為了器件能工作在太赫茲波段，在HEMT材料勢壘區表面上鍍一層面積很小的較高功函數金屬，歐姆接觸金屬呈現一個半圓的形式圍繞肖特基接觸面，肖特基電極以空氣橋引出金屬Pad，以此減小器件的電容，從而器件的頻率能達到一個較高的水平。但是這種方法的開啟電壓大的問題一直存在。肖特基直接和異質結界面接觸很早就被提出，肖特基金屬相當分別與AlGaN材料以及AlGaN/GaN界面相接觸，該效果與兩個肖特基并聯的效果相同，二維電子氣相當于金屬片。該結構的目的是利用2EDG層截面面積很小，而耗盡區寬度大，故其高頻時的電容也很小，從而提升截止頻率，同時，這種方法也存在反向漏電較大的問題。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種綜合了肖特基金屬與異質結直接接觸以柵控減小反向漏電的二極管器件，并提出一種新型空氣橋器件制作方法；該制作方法制作的二極管期間能在不影響肖特基和異質結接觸較小開啟電壓下，大幅減小反向漏電，改善器件性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種空氣橋結構肖特基柵控二極管器件，其結構由下往上依次為襯底，應力緩沖層，GaN溝道層，AlGaN勢壘層，GaN蓋帽層；所述的GaN溝道層以上有兩個凸面：第一凸面和第二凸面，GaN溝道層、AlGaN勢壘層以及GaN蓋帽層位于兩個凸面上；在第一凸面上刻蝕出一個圓柱狀小孔，小孔刻蝕深度最少要刻到GaN溝道層；第一凸面的GaN蓋帽層上分別沉積有歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬，所述肖特基金屬分為內外兩層不同金屬，內層肖特基金屬沉積在圓柱狀小孔內壁及圓柱底部，外層肖特基金屬以環形沉積在GaN蓋帽層上，歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬之間有溝道隔開；在第二凸面上沉積有一層歐姆接觸金屬；在第一凸面的肖特基接觸金屬和第二凸面的歐姆接觸金屬上電鍍加厚金，第一凸面的肖特基接觸金屬上的厚金與第二凸面的歐姆接觸金屬上的厚金通過鏤空厚金空氣橋連接。

在本發明中，歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬之間有溝道隔開，溝道能隔絕歐姆接觸金屬和肖特基接觸金屬直接導通，并且溝道也可填充絕緣的鈍化層，鈍化層可用來減小材料表面缺陷對異質結溝道二維電子氣影響。