[發(fā)明專(zhuān)利]一種自對(duì)準(zhǔn)的GaN肖特基二極管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010534613.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111816696B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張凱;代鯤鵬;陳韜;牛斌;朱廣潤(rùn);陳堂勝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/417
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/417;H01L29/47;H01L29/872;H01L21/28;H01L21/329
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發(fā)明涉及一種自對(duì)準(zhǔn)的GaN肖特基二極管及其制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域。該二極管包括襯底、n+GaN層、n?GaN層、T型陽(yáng)極和空氣橋；所述襯底上方設(shè)有隔離槽，所述n+GaN層上方設(shè)有陰極，所述n?GaN層與所述陰極之間還設(shè)有間隔區(qū)，所述T型陽(yáng)極位于所述n?GaN層的正上方，所述n?GaN層與所述T型陽(yáng)極的直徑相等。本發(fā)明提出的一種自對(duì)準(zhǔn)GaN肖特基二極管能夠極大地縮短陰極和陽(yáng)極的間距，降低n+GaN層的串聯(lián)電阻，提高二極管的截止頻率和功率等性能，且制備工藝與現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)肖特基二極管兼容度高，在微波毫米波整流器與限幅器、太赫茲倍頻器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自對(duì)準(zhǔn)的GaN肖特基二極管及其制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

相比于Si、GaAs、InP等材料，第三代半導(dǎo)體GaN材料的寬禁帶特性使GaN肖特基二極管具備高擊穿、高功率的巨大優(yōu)勢(shì)。因此，基于GaN半導(dǎo)體的肖特基二極管有望克服傳統(tǒng)半導(dǎo)體二極管輸出功率或承受功率的不足，在大功率整流器、限幅器與倍頻器等方面具有廣闊前景。

與GaAs肖特基二極管類(lèi)似，由于制備工藝簡(jiǎn)單、兼容性高，GaN肖特基二極管通常為平面結(jié)構(gòu)，即陽(yáng)極與陰極都位于同一個(gè)平面，陰極與陽(yáng)極之間存在一定距離，一般在微米級(jí)以上。平面結(jié)構(gòu)的肖特基二極管的電流從陽(yáng)極出發(fā)，首先經(jīng)過(guò)n-GaN本征層，往下流向n+GaN層，隨后經(jīng)過(guò)n+GaN層往兩側(cè)流向陰極。因此，除了n-GaN層的本征電阻外，陰極與陽(yáng)極之間還存在寄生的n+GaN層串聯(lián)電阻。由于GaN材料遷移率遠(yuǎn)低于GaAs，導(dǎo)致陰極與陽(yáng)極之間的n+GaN層串聯(lián)電阻遠(yuǎn)高于GaAs，這嚴(yán)重限制了倍頻器、整流器等裝置的功率和效率。2019年電子科技大學(xué)報(bào)道的220GHz GaN倍頻器由于寄生電阻大，效率只有2％左右(參見(jiàn)文獻(xiàn)BoZhang et al.,A Novel 220GHz GaN Diode On-Chip Tripler With High Driven Power,IEEE Electron Device Lett.,vol.40,no.5,pp.780-783,2019)，遠(yuǎn)低于GaAs的結(jié)果。因此，通過(guò)縮短二極管的陰極與陽(yáng)極之間距離等方法，降低寄生串聯(lián)電阻，對(duì)于提高倍頻器的效率與功率，提高整流器的效率，完全發(fā)揮GaN半導(dǎo)體寬禁帶優(yōu)勢(shì)都十分重要。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201510261562.6公開(kāi)了“一種垂直結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管及其制造方法”，該發(fā)明通過(guò)采用垂直結(jié)構(gòu)縮短了歐姆接觸與肖特基接觸之間的距離，減小了器件的擴(kuò)展電阻，提高了器件的截至頻率。但是，該方案的制備工藝比較復(fù)雜，與目前平面工藝兼容性較低。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201710370209.0公開(kāi)了“一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管制備方法”，該發(fā)明提供一種準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管制備方法，能夠降低器件的串聯(lián)電阻，提高工作頻率，解決電流擁擠的問(wèn)題。但是，該方案為準(zhǔn)垂直結(jié)構(gòu)的二極管制備方法，與目前平面工藝兼容性較低。

如何克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足已成為當(dāng)今半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的重點(diǎn)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提出了一種自對(duì)準(zhǔn)的GaN肖特基二極管及其制造方法，能夠最大程度地縮短肖特基二極管陰極與陽(yáng)極的間距，極大降低n+GaN串聯(lián)電阻，提高功率與效率，并且制備工藝與現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)肖特基二極管完全兼容，廣泛適應(yīng)于微波毫米波整流器與限幅器、太赫茲倍頻器等應(yīng)用。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

一種自對(duì)準(zhǔn)的GaN肖特基二極管，該二極管結(jié)構(gòu)自下而上包括襯底、n+GaN層、n-GaN層、T型陽(yáng)極和空氣橋；所述襯底上方設(shè)有隔離槽，所述n+GaN層上方設(shè)有陰極，所述n-GaN層與所述陰極之間還設(shè)有間隔區(qū)，所述T型陽(yáng)極位于所述n-GaN層的正上方，所述n-GaN層與所述T型陽(yáng)極的直徑相等。

所述間隔區(qū)的寬度為0-200nm。