[发明专利]具有低电流集边效应的金属/氮化镓铝/氮化镓横向肖特基二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种肖特基二极管及制法，尤其是具有低电流集边效应的金属/氮化镓铝/氮化镓横向肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)是继第二代半导体材料砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)之后，应用最为广泛的半导体材料。由于GaN具有宽的禁带宽度和高的临界击穿场强，良好的电子输运特性和导热特性，所以特别适用于高温大功率器件。氮化镓铝(AlGaN)材料具有与GaN材料相同的晶格结构，与GaN的晶格失配不超过2.5％，使AlGaN/GaN的异质结器件的实现成为可能。目前，以AlGaN/GaN异质结为核心的器件日益发展，包括金属/AlGaN/GaN异质结肖特基二极管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结场效应晶体管(HFET)等，这些器件以其大功率和高温稳定性已逐渐在军事、航空、雷达通信、汽车工业等方面得到广泛的应用。人们为了获得以AlGaN/GaN异质结为核心的肖特基二极管，作了一些尝试和努力，如在2004年7月27日公开的美国发明专利说明书US 6768146B2中披露的一种“使用相同的材料和方法制备III-V簇氮化物半导体器件、保护元件和功率转换器”。它意欲提供一种横向肖特基二极管、纵向肖特基二极管和场效应晶体管的设计与制备方法。横向肖特基二极管的构成为蓝宝石衬底上依次覆有氮化镓层、重掺杂氮化镓层，以及重掺杂氮化镓层上的正极和负极；正极由掺杂氮化镓层和氮化镓铝层及其上的肖特基接触金属层构成，肖特基接触金属层为依次叠加淀积的肖特基接触金属钛和肖特基接触金属铂，负极为欧姆接触，由钽硅层构成；在实际使用时，肖特基接触金属层上还覆有用于电连接的金属电极层，以致其构成实为金属/AlGaN/GaN横向肖特基二极管。其制备方法为分别先后使用分子束外延法和等离子体化学气相淀积法于蓝宝石衬底上生长或淀积氮化镓层、重掺杂氮化镓层和其上的正极与负极。但是，这种横向肖特基二极管及其制备方法均存在着不足之处，首先，之所以选用GaN作为肖特基二极管的基底，是基于其具有可应用于高温大功率器件的优良电学性质，可是，这种横向肖特基二极管却有着正极电流分布均匀性的问题。在实测或实际使用中，当这种横向肖特基二极管正向偏置时，电流在正极内的分布是不均匀的，正极边缘的电流密度比中间的电流密度大得多。其缘由为当金属/AlGaN/GaN横向肖特基二极管正向偏置时，电流从二极管的正极流入，经过AlGaN薄层后再从二维电子气沟道流到接地的负极，在电流流经二维电子气沟道时，二维电子气沟道内存在的电压降，使得加在AlGaN层上的电压在横向上存在着差异，而这种差异使正极边缘附近的电压降最大，因此正极边缘附近流经AlGaN层的电流密度也就最大，这极易造成正极边缘附近的局域过热，损坏金属与AlGaN的肖特基接触，加之电流与温度的正反馈效应也将使局域过热加剧，长时间必将烧毁这种横向肖特基二极管。有着被称之为电流集边效应的这种横向肖特基二极管随着其中的沟道设计长度的加大，这种电流的不均匀性将更加显著。为解决这一问题，人们在设计这种横向肖特基二极管正极时，将不得不减小横向肖特基二极管正极的宽度，然而这又将极大地增加制作的难度；其次，此制备方法既不能有效地缓解横向肖特基二极管的电流集边效应，又因工艺过程较单一而难以降低生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理、电流集边效应低，使用方便的具有低电流集边效应的金属/氮化镓铝/氮化镓横向肖特基二极管及其制备方法。

具有低电流集边效应的金属/氮化镓铝/氮化镓横向肖特基二极管包括衬底上的氮化镓层，以及氮化镓层上的正极、负极和其相互间的掩模，所说正极包含氮化镓铝层、肖特基接触金属层和金属电极层，特别是所说正极中还包含有多晶硅层，所说多晶硅层位于所说肖特基接触金属层和金属电极层之间。

作为具有低电流集边效应的金属/氮化镓铝/氮化镓横向肖特基二极管的进一步改进，所述的多晶硅层的厚度为100～500nm、电阻率为6×10^-2～2×10^-1Ωcm；所述的肖特基接触金属层为金属镍层或金属金层或金属铂层或金属钯层或金属铼层或钽镍合金(Ni/Ta)层或铂铟(PdIn)层或镍硅(NiSi)层或铂硅(PtSi)层；所述的负极为欧姆接触，其接触层为钛铝合金层或钛铝钼金层或钛铝钛金层；所述的掩模为氮化硅掩模或氮化铝掩模或氧化硅掩模。