[发明专利]具有大接合焊盘和减小接触电阻的GaN基肖特基二极管

说明书

一种半导体设备包括布置在基底上的第一有源层。第二有源层布置在第一有源层上。第二有源层相比第一有源层来说具有更高带隙，从而使得第一有源层和第二有源层之间产生二维电子气层。第一电极建立与第二有源层的肖特基结。第一电极包括第一电极焊盘和与第一电极焊盘电接触的第一指状序列。第二电极建立与第一有源层的欧姆结。第二电极包括第二电极焊盘和与第二电极焊盘电接触的第二指状序列。第一和第二指状电极序列形成叉指模式。第一电极焊盘定位在第一和第二指状电极序列上。

背景技术

肖特基二极管是通过金属接触半导体层形成的一种半导体设备。金属和半导体层之间的结形成整流结，其与完全以半导体层形成的p-n结二极管相比具有改进的二极管开关性能。肖特基二极管因此与p-n结二极管相比具有更低开启电压和更快开关速度。肖特基二极管理想地用于开关损耗是主要能量损耗源的应用中，诸如在开关式电源(SMPS)中。

由氮化物基化合物半导体材料制成的电子设备是已知的。这些电子设备也公知为III族氮化物半导体设备，它们由III族氮化物基材料形成。氮化物基化合物半导体设备可取的是它们的较宽带隙以及较高击穿电压性质，这使得它们适于高电压和高温应用。特别地，已经描述了III-V氮化镓(GaN)化合物半导体肖特基二极管，其具有高的击穿电压和低的导通电阻。通过使用III族氮化物半导体肖特基势垒二极管能够改进开关式电源的效率。

III族氮化物基半导体设备通过形成诸如AlGaN和GaN的两种不同III族氮化物的异质结面处的二维电子气能够最大化电子迁移率。二维电子气被输送以补偿由于III族氮化物晶体结构的非理想性质产生的应变诱发压电计划电荷和自发计划电荷。二维电子气是量子受限于在较窄带隙III族氮化物(例如，GaN)接合较大带隙III族氮化物(例如，AlGaN)处的异质结的能带弯曲区域中。因此在肖特基型二极管中，电子将沿阳极电极和阴极电极之间的受限通道流动。通过异质结构参数，诸如Al化合物、AlGaN层厚度、以及固有晶体极性来确定电荷密度。在III族氮化物电源设备中，电荷密度将响应于所施加的门电压并能够根据能量带隙中的变化来局部地移除。因此，III族氮化物电源设备的开关速度能够非常快速。

图1示出了GaN基肖特基二极管的示例。二极管100包括基底10、缓冲层20、形成在缓冲层20上的GaN层30和形成在GaN层30上的AlGaN层40。在GaN层30和AlGaN层40之间的界面处产生二维导电通道。阳极60和阴极70用作为该设备的电触点。阳极60形成在AlGaN层40上并由此建立了肖特基界面。阴极70形成在AlGaN层40上并由此建立了欧姆触点。

图1中所示的简单肖特基二极管构造的一个问题是它针对高电流应用不实用，这是因为它的传导长度不足。为了在高电流水平处操作，整个设备尺寸不得不大幅地增加。这是因为AlGaN/GaN肖特基二极管的正向电流与总的肖特基栅极长度成比例。因此，为了使得20mA/mm GaN SBD负载例如1A电流，肖特基栅极长度需要是500mm，这对于电源的设计来说是毫不现实的。

用于增加肖特基栅极总长度的一种常用方法是形成指状电极。在该方法中，阴极的欧姆触点与肖特基触点的指状电极叉指。触点的这种交替模式能够重复期望的次数以增加电极的长度。肖特基电极全部电连接至阳极接合焊盘，以及欧姆触点全部电连接至阴极接合焊盘。接合焊盘用于建立与设备的丝焊连接。然而，在接合焊盘的尺寸不足够地大时，需要使用多根细丝来承受将要负载的大电流。除了增加接触电阻之外，使用多根细丝增加了材料成本和组装时间。另一方面，在接触焊盘在尺寸上增加以适于更粗的丝时，冲模尺寸需要增加以及单个冲模的成本将增加相应的量。特别地，针对倒装芯片和钎焊接头包装，该布局导致整个芯片面积的低效使用。

发明内容