專利名稱：具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及制法，尤其是具有低電流集 邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)是繼第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)、磷化 銦(InP)之后，應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。由于GaN具有寬的禁帶寬度和 高的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，良好的電子輸運(yùn)特性和導(dǎo)熱特性，所以特別適用于高溫 大功率器件。氮化鎵鋁UiGaN)材料具有與GaN材料相同的晶格結(jié)構(gòu)，與 GaN的晶格失配不超過2. 5%，使AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)器件的實(shí)現(xiàn)成為可能。 目前，以AiGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為核心的器件日益發(fā)展，包括金屬/AlGaN/GaN異 質(zhì)結(jié)肖特基二極管、高電子遷移率晶體管(HEMT )、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET ) 等，這些器件以其大功率和高溫穩(wěn)定性已逐漸在軍事、航空、雷達(dá)通信、汽 車工業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。人們?yōu)榱双@得以AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為核心的 肖特基二極管，作了一些嘗試和努力，如在2004年7月27日公開的美國發(fā) 明專利說明書US 6768146B2中披露的一種"使用相同的材料和方法制備m-V簇氮化物半導(dǎo)體器件、保護(hù)元件和功率轉(zhuǎn)換器"。它意欲提供一種橫向肖特 基二極管、縱向肖特基二極管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)與制備方法。橫向肖特 基二極管的構(gòu)成為藍(lán)寶石襯底上依次覆有氮化鎵層、重?fù)诫s氮化鎵層，以及 重?fù)诫s氮化鎵層上的正極和負(fù)極；正極由摻雜氮化鎵層和氮化鎵鉬層及其上 的肖特基接觸金屬層構(gòu)成，肖特基接觸金屬層為依次疊加淀積的肖特基接觸 金屬鈦和肖特基接觸金屬鉑，負(fù)極為歐姆接觸，由鉭硅層構(gòu)成；在實(shí)際使用 時(shí)，肖特基接觸金屬層上還覆有用于電連接的金屬電極層，以致其構(gòu)成實(shí)為 金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管。其制備方法為分別先后使用分子?xùn)|外延
法和等離子體化學(xué)氣相淀積法于藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)或淀積氮化鎵層、重?fù)诫s 氮化鎵層和其上的正極與負(fù)極。但是，這種橫向肖特基二極管及其制備方法 均存在著不足之處，首先，之所以選用GaN作為肖特基二極管的基底，是基 于其具有可應(yīng)用于高溫大功率器件的優(yōu)良電學(xué)性質(zhì)，可是，這種橫向肖特金
二極管卻有著正極電流分布均勾性的問題。在實(shí)測(cè)或?qū)嶋H使用中，當(dāng)這種橫 向肖特基二極管正向偏置時(shí)，電流在正極內(nèi)的分布是不均勻的，正極邊緣的
電流密度比中間的電流密度大得多。其緣由為當(dāng)金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基 二極管正向偏置時(shí)，電流從二極管的正極流入，經(jīng)過AlGaN薄層后再從二維 電子氣溝道流到接地的負(fù)極，在電流流經(jīng)二維電子氣溝道時(shí)，二維電子氣溝 道內(nèi)存在的電壓降，使得加在AlGaN層上的電壓在橫向上存在著差異，而這 種差異使正極邊緣附近的電壓降最大，因此正極邊緣附近流經(jīng)AiGaN層的電 流密度也就最大，這極易造成正極邊緣附近的局域過熱，損壞金屬與AlGaN 的肖特基接觸，加之電流與溫度的正反饋效應(yīng)也將使局域過熱加劇，長(zhǎng)時(shí)間 必將燒毀這種橫向肖特基二極管。有著被稱之為電流集邊效應(yīng)的這種橫向肖 特基二極管隨著其中的溝道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的加大，這種電流的不均勻性將更加顯 著。為解決這一問題，人們?cè)谠O(shè)計(jì)這種橫向肖特基二極管正極時(shí)，將不得不 減小橫向肖特基二極管正極的寬度，然而這又將極大地增加制作的難度；其 次，此制備方法既不能有效地緩解橫向肖特基二極管的電流集邊效應(yīng)，又因 工藝過程較單一而難以降低生產(chǎn)成本
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提 供一種結(jié)構(gòu)合理、電流集邊效應(yīng)低，使用方便的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/ 氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法。
具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管包括襯 底上的氮化鎵層，以及氮化鎵層上的正極、負(fù)極和其相互間的掩模，所說正 極包含氮化鎵鋁層、肖特基接觸金屬層和金屬電極層，特別是所說正極中還 包含有多晶硅層，所說多晶硅層位于所說肖特基接觸金屬層和金屬電極層之 間。
作為具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管的 進(jìn)一步改進(jìn)，所述的多晶硅層的厚度為100 500rnn、電阻率為6 x 10—2 ~ 2 x 1 (T1 Q cm;所述的肖特基接觸金屬層為金屬鎳層或金屬金層或金屬鉑層或金 屬鈀層或金屬錸層或鉭鎳合金(Ni/Ta)層或鉑銦(Pdln)層或鎳硅(NiSi ) 層或鉑硅(PtSi)層；所述的負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為鈦鋁合金層或鈦 鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層；所述的掩模為氮化硅掩模或氮化鋁掩?；蜓趸柩?br> 模。
具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管的制備 方法包括使用分子束外延法和等離子體化學(xué)氣相淀積法于襯底上生長(zhǎng)或淀積 氮化鎵層及其上的正極、負(fù)極和其相互間的掩模，所說正極包含氮化鎵鋁層、
肖特基接觸金屬層和金屬電極層，特別是它是按以下步驟完成的(a)先使 用外延法于襯底上生長(zhǎng)氮化鎵層，再分別使用現(xiàn)有方法于其上分別生長(zhǎng)或淀 積正極、負(fù)極和掩模；(b)使用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)法或金屬濺射 (Sputter)法或電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(ECR-PECVD)法
于肖特基接觸金屬層上淀積多晶硅層，同時(shí)使用離子注入法或離子擴(kuò)散法或
化學(xué)氣相淀積中的摻雜法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，制得具有低電流集邊效
應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
作為具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管的
制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的淀積多晶硅層時(shí)的襯底溫度為550 ~70(TC, 多晶硅的離子注入濃度為107cm3 ~1017/Cm3;所述的肖特基接觸金屬為金屬 鎳或金屬金或金屬鉑或金屬鈀或金屬錸或鉭鎳合金(Ni/Ta)或鉑銦合金 (Pdln)或鎳硅(NiSi)或銷硅(PtSi)，其退火溫度為500 - 700°C、退火 時(shí)間為2 4miii;所述的于氮化鎵層的表面淀積掩模為使用常壓化學(xué)氣相淀 積(APCVD)法或低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積(PECVD)法或高密度等離子體化學(xué)氣相淀積(HDPCVD)法，淀積掩模時(shí)的 壓力為l~3.5Pa;所述的于多晶硅層上淀積金屬電極層為使用蒸發(fā)法或?yàn)R射 法，金屬電極層為金屬金層，其厚度為20 60nm;所述的負(fù)極為歐姆接觸， 其接觸層為鈥鋁合金層或鈥鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層；所述的掩模為氮化硅掩 模或氮化鋁掩?；蜓趸柩谀?；所述的襯底為藍(lán)寶石或碳化硅或單晶硅。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，在肖特基接觸金屬層與金屬電極 層之間插有的多晶硅層，起著串聯(lián)電阻的作用，它分掉了加在二極管正極上 的一部分電壓，并因橫向肖特基二極管正極邊緣的電流密度高于中間的電流 密度，而引起正極邊緣處的分壓也高于正極中間處，使得正極邊緣處加在肖 特基結(jié)上的電壓的減小超過了正極中間處加在肖特基結(jié)上的電壓。因此，多 晶硅層的串聯(lián)電阻對(duì)正極電流沿橫向邊緣的增大起到了負(fù)反饋的作用，大大
地減小了正極中間與兩側(cè)邊緣電流密度的差異。根據(jù)熱電子激發(fā)模型，流過 肖特基結(jié)的電流密度與結(jié)電壓之間呈指數(shù)形式的變化，而多晶硅層的串聯(lián)電 阻的作用使電流與電阻的分壓滿足歐姆定律，電流的增大將引起電阻分壓的 線性增大，引起肖特基結(jié)電壓的線性減小，從而引起肖特基結(jié)電流的指數(shù)減
小，由此也可見增加多晶硅層的串聯(lián)電阻的負(fù)反饋效應(yīng)的高效性；其二，由 于本發(fā)明二極管中的電流集邊效應(yīng)得到了大幅度的降低，從而也就保證了本 發(fā)明二極管中沿電子氣溝道方向上溫度的均勻性，進(jìn)而極大地減少了電流與 溫度的正反饋，杜絕了局部過熱引起的本發(fā)明二極管失效或者損壞的可能性， 有效地提高了本發(fā)明二極管的穩(wěn)定性和可靠性；其三，采用多晶硅層作為串 聯(lián)電阻，可易于通過改變淀積時(shí)的反應(yīng)氣摻雜的含量來控制多晶硅的原位摻 雜，從而控制多晶硅的電阻率，實(shí)現(xiàn)可根據(jù)橫向肖特基二極管的尺寸需要來 對(duì)多晶硅的摻雜濃度進(jìn)行控制，以制備出正極寬度合適、正極電流密度均勻 的橫向肖特基二極管的目的。對(duì)按理論推導(dǎo)和計(jì)算給出的二極管正極寬度隨 多晶硅層的電阻率變化的規(guī)律曲線制作出的本發(fā)明二極管進(jìn)行長(zhǎng)期的滿負(fù)荷 運(yùn)行測(cè)試，其正極處的溫升完全滿足高溫大功率器件實(shí)際應(yīng)用的要求；其四， 經(jīng)分別對(duì)未采用多晶硅層的現(xiàn)有的橫向肖特基二極管和本發(fā)明二極管進(jìn)行測(cè) 試，由得到的測(cè)試結(jié)果，即金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管的電流密度隨 正極邊緣的分布曲線圖可知，對(duì)于相同正極寬度的金屬/AlGaN/GaN橫向肖特 基二極管，增加了多晶硅層的串聯(lián)電阻之后，橫向肖特基二極管正極的電流 分布更加均勻，相應(yīng)地正極的溫度分布也更加均勻。這一結(jié)果與用計(jì)算機(jī)進(jìn) 行模擬的結(jié)果也是極為一致的；其五，隨著電流集邊效應(yīng)的大幅度降低，也 就避免了現(xiàn)有的二極管正極要求過窄而帶來的芯片面積利用率過低的難題。 同時(shí)，由于本發(fā)明二極管的寬度變寬，且電流分布更加均勻，從而進(jìn)入了良 性循環(huán)，其正極溫度的分布更加均勻、工作更加穩(wěn)定；其六，制備過程中可 選擇的方法較多，且易實(shí)施，極宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)， 一是多晶硅層的厚度選為100 500nm、電 阻率選為6x 1(^-2xl(T'Qcm,即可完全滿足用于高溫大功率器件的實(shí)際需 要；二是肖特基接觸金屬層采用金屬鎳層或金屬金層或金屬鉑層或金屬鈀層 或金屬錸層或鉭鎳合金層或鉑銦層或鎳硅層或鉑硅層，負(fù)極采用鈦鋁合金層
或鈦鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層，掩模采用氮化硅掩模或氮化鋁掩?；蜓趸柩?br> 模，既能實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功效，又使得原料的來源廣，還易于制作；三是選用 淀積多晶硅層時(shí)的襯底溫度為550 ~70(TC,多晶硅的離子注入濃度為 10"cm3 10170113,就可圓滿地完成所需厚度和電阻率的多晶硅的淀積；四 是肖特基接觸金屬采用金屬鎳或金屬金或金屬鉑或金屬鈀或金屬錸或鉭鎳合 金或鉑銦合金或鎳硅或鉑硅時(shí)的退火溫度選為500 ~ 700°C、退火時(shí)間為2~ 4min,即能使肖特基接觸穩(wěn)定牢固；五是于氮化鎵表面淀積掩模釆用常壓化 學(xué)氣相淀積法或低壓化學(xué)氣相淀積法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法或高密 度等離子體化學(xué)氣相淀積法時(shí)，其壓力選為l~3.5Pa,就完全能使淀積的掩 模牢固可靠；六是于多晶硅層上淀積金屬電極層時(shí)采用蒸發(fā)法或?yàn)R射法，金 屬電極層選用金屬金層，其厚度為20 60mn,既易于淀積，又有著極好的導(dǎo) 電性；七是負(fù)極采用鈦鋁合金層或鈦鋁鉬金層或鈦鑰鈦金層，掩模采用氮化 硅掩?；虻X掩?；蜓趸柩谀＃r底采用藍(lán)寶石或碳化硅或單晶硅，除 能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功效之外，還易于淀積，其原料也易得。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明二極管的一種基本結(jié)構(gòu)剖面示意圖2是本發(fā)明二極管的正極寬度隨多晶硅層電阻率變化的規(guī)律曲線圖，
其中，橫坐標(biāo)為電阻率，縱坐標(biāo)為正極寬度。由該圖中的規(guī)律曲線，只要根 據(jù)擬制備的金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管的尺寸需要來對(duì)多晶硅的摻
雜濃度進(jìn)行控制，就可制備出正極寬度合適、正極電流密度均勻的二極管；
圖3是分別對(duì)本發(fā)明的二極管和于正極中未含有多晶硅層的現(xiàn)有的金屬 /AlGaN/GaN橫向肖特基二極管的電流密度的均勻性進(jìn)行測(cè)試后得到的比較 圖，其中，橫坐標(biāo)為正極中心距正極邊緣的距離，縱坐標(biāo)為電流強(qiáng)度。由該 圖可看出，對(duì)于相同正極寬度的金屬/AlGaN/GaN橫向肖特基二極管，增加了 多晶fi層的串欣電阻.之后，其正極的電流分布更加均勻，相應(yīng)地正極的澄度 分布也更加均勻，其工作的穩(wěn)定性得到了極大的提高。
具體實(shí)施方式
在實(shí)施本發(fā)明的過程中，所使用的外延法包含分子束外 延法或氫化物氣相外延法或金屬有機(jī)化合物氣相外延法，所使用的現(xiàn)有方法 包含外延法或金屬濺射法或金屬蒸發(fā)法或化學(xué)氣相淀積法。
實(shí)施例1:按以下步驟依次完成制備a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng) 氮化鎵層，其中，襯底選用藍(lán)寶石，外延法選用分子?xùn)|外延法，生長(zhǎng)時(shí)的條 件同現(xiàn)有的。再分別使用現(xiàn)有方法于氮化鎵層上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極 和掩模，其中，于氮化鎵層的表面淀積掩模為選用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積法，淀積時(shí)的壓力為lPa,其它條件同現(xiàn)有的，掩模為氮化硅掩模；于氮 化鎵層的表面淀積負(fù)極使用的是現(xiàn)有方法，負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為鈦 鋁合金層；于氮化鎵層的表面生長(zhǎng)氮化鎵鋁層使用現(xiàn)有方法；選用鉭鎳合金 作為氮化鎵鋁層上的肖特基接觸金屬，并使其經(jīng)溫度為50(TC、時(shí)間為4min 的退火而制得肖特基接觸金屬層。b)使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相淀積法于鉭鎳合金層上淀積多晶硅層，其中，淀積多晶硅層時(shí)的藍(lán)寶石 襯底的溫度為55(TC，多晶硅的離子注入濃度為1015/cm3。在淀積多晶硅層的 過程中，同時(shí)使用離子注入法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，多晶硅層電阻率調(diào) 整參數(shù)的選擇取自圖2中的曲線。之后，再于多晶硅層上使用蒸發(fā)法淀積厚 度為20nm的金屬金層。從而制得多晶硅層的厚度為100nm、電阻率為2 x i(T1 Qcm的、如圖1所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/ 氮化鎵銷/氮化鎵橫向肖特基二極管。
實(shí)施例2:按以下步驟依次完成制備a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng) 氮化鎵層，其中，襯底選用藍(lán)寶石，外延法選用分子?xùn)|外延法，生長(zhǎng)時(shí)的條 件同現(xiàn)有的。再分別使用現(xiàn)有方法于氮化鎵層上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極 和掩模，其中，于氮化鎵層的表面淀積掩模為選用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積法，淀積時(shí)的壓力為1.5Pa，其它條件同現(xiàn)有的，掩模為氮化硅掩模；于 氮化鎵層的表面淀積負(fù)極使用的是現(xiàn)有方法，負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為 鈦鋁合金層；于氮化鎵層的表面生長(zhǎng)氮化鎵鋁層使用現(xiàn)有方法；選用鉭鎳合 金作為氮化鎵鋁層上的肖特基接觸金屬，并使其經(jīng)溫度為55(TC、時(shí)間為 3. 5min的退火而制得肖特基接觸金屬層。b)使用電子回旋共振-等離子仿: 增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法于鉭鎳合金層上淀積多晶硅層，其中，淀積多晶硅層時(shí) 的藍(lán)寶石襯底的溫度為58(TC,多晶硅的離子注入濃度為10'7cm3。在淀積多 晶硅層的過程中，同時(shí)使用離子注入法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，多晶硅層 電阻率調(diào)整參數(shù)的選擇取自圖2中的曲線。之后，再于多晶硅層上使用蒸發(fā)
法淀積厚度為30nm的金屬金層。從而制得多晶硅層的厚度為200nm、電阻率 為6x10—'Qcm的、如圖l所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊效應(yīng) 的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
實(shí)施例3:按以下步驟依次完成制備a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng) 氮化鎵層，其中，襯底選用藍(lán)寶石，外延法選用分子束外延法，生長(zhǎng)時(shí)的條 件同現(xiàn)有的。再分別使用現(xiàn)有方法于氮化鎵層上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極 和掩模，其中，于氮化鎵層的表面淀積掩模為選用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積法，淀積時(shí)的壓力為2Pa，其它條件同現(xiàn)有的，掩模為氮化硅掩模；于氮 化鎵層的表面淀積負(fù)極使用的是現(xiàn)有方法，負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為鈦 鋁合金層；于氮化鎵層的表面生長(zhǎng)氮化鎵鋁層使用現(xiàn)有方法；選用鉭鎳合金 作為氮化鎵鋁層上的肖特基接觸金屬，并使其經(jīng)溫度為60(TC、時(shí)間為3min 的退火而制得肖特基接觸金屬層。b)使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相淀積法于鉭鎳合金層上淀積多晶硅層，其中，淀積多晶硅層時(shí)的藍(lán)寶石 襯底的溫度為62(TC，多晶硅的離子注入濃度為10"/cm3。在淀積多晶硅層的 過程中，同時(shí)使用離子注入法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，多晶硅層電阻率調(diào) 整參數(shù)的選擇取自圖2中的曲線。之后，再于多晶硅層上使用蒸發(fā)法淀積厚 度為40nm的金屬金層。從而制得多晶硅層的厚度為300nm、電阻率為9x10; Qcm的、如圖1所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/ 氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
實(shí)施例4:按以下步驟依次完成制備a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng) 氮化鎵層，其中，襯底選用藍(lán)寶石，外延法選用分子?xùn)|外延法，生長(zhǎng)時(shí)的條 件同現(xiàn)有的。再分別使用現(xiàn)有方法于氮化鎵層上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極 和掩模，其中，于氮化鎵層的表面淀積掩模為選用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積法，淀積時(shí)的壓力為3Pa,其它條件同現(xiàn)有的，掩模為氮化硅掩模；于氮 化鎵層的表靣淀積負(fù)極使用的是現(xiàn)有方法，負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為伙 鋁合金層；于氮化鎵層的表面生長(zhǎng)氮化鎵銘層使用現(xiàn)有方法；選用鉭鎳合金 作為氮化鎵鋁層上的肖特基接觸金屬，并使其經(jīng)溫度為65(TC、時(shí)間為2.5min 的退火而制得肖特基接觸金屬層。b)使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相淀積法于鉭鎳合金層上淀積多晶硅層，其中，淀積多晶硅層時(shí)的藍(lán)寶石 襯底的溫度為66(TC,多晶硅的離子注入濃度為10"/cm3。在淀積多晶硅層的
過程中，同時(shí)使用離子注入法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，多晶硅層電阻率調(diào)
整參數(shù)的逸擇取自圖2中的曲線。之后，再于多晶硅層上使用蒸發(fā)法淀積厚 度為50nm的金屬金層。從而制得多晶硅層的厚度為400rnn、電阻率為2 x l(T Qcm的、如圖1所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/ 氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
實(shí)施例5:按以下步驟依次完成制備a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng) 氮化鎵層，其中，襯底選用藍(lán)寶石，外延法選用分子?xùn)|外延法，生長(zhǎng)時(shí)的條 件同現(xiàn)有的。再分別使用現(xiàn)有方法于氮化鎵層上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極 和掩模，其中，于氮化鎵層的表面淀積掩模為選用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀 積法，淀積時(shí)的壓力為3.5Pa，其它條件同現(xiàn)有的，掩模為氮化硅掩模；于 氮化鎵層的表面淀積負(fù)極使用的是現(xiàn)有方法，負(fù)極為歐姆接觸，其接觸層為 鈥鋁合金層；于氮化鎵層的表面生長(zhǎng)氮化鎵銘層使用現(xiàn)有方法；選用鉭鎳合 金作為氮化鎵鋁層上的肖特基接觸金屬，并使其經(jīng)溫度為70(TC、時(shí)間為2min 的退火而制得肖特基接觸金屬層。b)使用電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相淀積法于鉭鎳合金層上淀積多晶硅層，其中，淀積多晶硅層時(shí)的藍(lán)寶石 襯底的溫度為70(TC,多晶硅的離子注入濃度為1017/cm3。在淀積多晶硅層的 過程中，同時(shí)使用離子注入法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，多晶硅層電阻率調(diào) 整參數(shù)的選擇取自圖2中的曲線。之后，再于多晶硅層上使用蒸發(fā)法淀積厚 度為60腿的金屬金層。從而制得多晶硅層的厚度為500im、電阻率為6xi0—2 Qcm的、如圖1所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/' 氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
再分別選用分子?xùn)|外延法或氫化物氣相外延法或金屬有機(jī)化合物氣相外 延法于作為襯底的碳化硅或單晶硅上生長(zhǎng)氮化鎵層、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相 淀積法或常壓化學(xué)氣相淀積法或低壓化學(xué)氣相淀積法或高密度等離子休化學(xué) 氣相淀積法于氮化鎵層的表面淀積作為掩模的氮化鋁掩模或氧化硅掩模、現(xiàn) 有方法于氮化鎵層的表面淀積作為負(fù)極的鈦鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層、金屬鎳 或金屬金或金屬鉑或金屬鈀或金屬錸或鉭鎳合金或鉑銦合金或鎳硅或鉑硅作 為氮化鎵鉬層上的肖特基接觸金屬、低壓化學(xué)氣相淀積法或金屬濺射法于肖
特基接觸金屬層上淀積多晶硅層，并同時(shí)使用離子擴(kuò)散法或化學(xué)氣相淀積中 的摻雜法來調(diào)整多晶硅層的電阻率、濺射法于多晶硅層上淀積金屬金層，重
復(fù)上述實(shí)施例1-5,同樣制得多晶硅層的厚度為100-500niri、電阻率為6x 10—2~2x 10—iQcm的、如圖1所示、圖3中實(shí)線曲線所示的具有低電流集邊 效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/ 氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不 脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明 權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管，包括襯底(1)上的氮化鎵層(2)，以及氮化鎵層(2)上的正極、負(fù)極(3)和其相互間的掩模(4)，所說正極包含氮化鎵鋁層(8)、肖特基接觸金屬層(7)和金屬電極層(5)，其特征在于所說正極中還包含有多晶硅層(6)，所說多晶硅層(6)位于所說肖特基接觸金屬層(7)和金屬電極層(5)之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵每/氮化鎵 橫向肖特基二極管，其特征是多晶硅層(6)的厚度為100~ 500nm、電阻率 為6 x 10—2~ 2 x 10—:。cm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵 橫向肖特基二極管，其特征是肖特基接觸金屬層(7 )為金屬鎳層或金屬金層 或金屬鉑層或金屬鈀層或金屬錸層或鉭鎳合金層或鉑銦層或鎳硅層或鉑硅 層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵 橫向肖特基二極管，其特征是負(fù)極(3)為歐姆接觸，其接觸層為鈥鋁合金層 或鈦鋁鉬金層或鈦鋁鈦金層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵每/氮化鎵 橫向肖特基二極管，其特征是掩模(4 )為氮化硅掩?；虻X掩?；蜓趸?掩模。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵每/氮化鎵 橫向肖特基二極管的制備方法，包括使用分子?xùn)|外延法和等離子體化學(xué)氣相 淀積法于襯底上生長(zhǎng)或淀積氮化鎵層及其上的正極、負(fù)極和其相互間的掩模， 所說正極包含氮化鎵鋁層、肖特基接觸金屬層和金屬電極層，其特征在于是 按以下步驟完成的(a) 先使用外延法于襯底上生長(zhǎng)氮化鎵層，再分別使用現(xiàn)有方法于其 上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極和掩模；(b) 使用低壓化學(xué)氣相淀積法或金屬濺射法或電子回旋共振-等離子體 增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法于肖特基接觸金屬層上淀積多晶硅層，同時(shí)使用離子注 入法或離子擴(kuò)散法或化學(xué)氣相淀積中的摻雜法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，制得具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鉬/氮化鎵 橫向肖特基二極管的制備方法，其特征是淀積多晶硅層時(shí)的襯底溫度為 550 ~ 700°C,多晶硅的離子注入濃度為10'-7cci3 1017，3。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵 橫向肖特基二極管的制備方法，其特征是肖特基接觸金屬為金屬鎳或金屬金 或金屬鉑或金屬鈀或金屬錸或鉭鎳合金或鉑銦合金或鎳硅或鉑硅，其退火溫 度為500 70(TC、退火時(shí)間為2 4min。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵 橫向肖特基二極管的制備方法，其特征是于氮化鎵層的表面淀積掩模為使用 常壓化學(xué)氣相淀積法或低壓化學(xué)氣相淀積法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法 或高密度等離子體化學(xué)氣相淀積法，淀積掩模時(shí)的壓力為1~3. 5Pa。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鉬/氮化 鎵橫向肖特基二極管的制備方法，其特征是于多晶硅層上淀積金屬電極層為 使用蒸發(fā)法或?yàn)R射法，金屬電極層為金屬金層，其厚度為20 60nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有低電流集邊效應(yīng)的金屬/氮化鎵鋁/氮化鎵橫向肖特基二極管及其制備方法。二極管為襯底(1)上有氮化鎵層(2)、正極、負(fù)極(3)和掩模(4)，正極含氮化鎵鋁層(8)、肖特基接觸金屬層(7)、多晶硅層(6)和金屬電極層(5)；方法為(a)先使用外延法于襯底上生長(zhǎng)氮化鎵層，再分別使用現(xiàn)有方法于其上分別生長(zhǎng)或淀積正極、負(fù)極和掩模；(b)使用低壓化學(xué)氣相淀積法或金屬濺射法或電子回旋共振-等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法于肖特基接觸金屬層上淀積多晶硅層，同時(shí)使用離子注入或擴(kuò)散法或化學(xué)氣相淀積中的摻雜法來調(diào)整多晶硅層的電阻率，制得本發(fā)明二極管。它的正極邊緣處的電流分布均勻，極適用于高溫大功率器件。
文檔編號(hào)H01L29/872GK101179098SQ20061009759
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者李新化, 王玉琦, 凱 邱, 陳家榮, 陳文錦 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院