[发明专利]一种空气桥结构肖特基栅控二极管器件及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体芯片太赫兹波段领域，更具体的，涉及到一种具有空气桥结构肖特基栅控二极管器件及其制作方法。空气桥结构肖特基栅控二极管器件集成了高功函数金属栅、低功函金属肖特基接触、指状空气桥。制备的空气桥肖特基栅控二极管具有正向导通电压低、反向漏电小、截止频率高、能量消耗低、非线性强等优点，其制成的混频倍频器能实现太赫兹波段的频谱搬移功能，用于优良的太赫兹源及接收器。

技术领域

本发明涉及半导体芯片太赫兹波段技术领域，更具体地，涉及一种空气桥结构肖特基栅控二极管器件及其制作方法。

背景技术

太赫兹波段是位于100GHz～10THz频段，位于红外和微波之间，与宏观电子学和微观电子学相接。太赫兹波段的光子能量低，安全性高，穿透强，包含信息能力强。太赫兹波段的利用不仅能扩大可用信道带宽，而且太赫兹频段通信能比普通无线通信有更大的保密优势，并且在射电天文学、雷达成像、医学、生物学等领域都有极大的需求。上个世纪以来，一种性能稳定、体积小、耗能低的太赫兹源一直是研究的热点。

相比较于适用在太赫兹波段的热电子辐射热计，三极管混频器和耿氏二极管这些需要苛刻条件才能正常工作的太赫兹器件，肖特基二极管展现出明显的优势，这是一种能工作在室温下的固态电子器件，而且截止频率也能达到很高。

AlGaN/GaN异质结的HEMT高迁移率半导体材料具有很小的沟道电阻，高的峰值电子速度和饱和电子速度，二维电子气浓度大，电子迁移率高等特点，适合用在高频做混频倍频器件。

传统的方法为了器件能工作在太赫兹波段，在HEMT材料势垒区表面上镀一层面积很小的较高功函数金属，欧姆接触金属呈现一个半圆的形式围绕肖特基接触面，肖特基电极以空气桥引出金属Pad，以此减小器件的电容，从而器件的频率能达到一个较高的水平。但是这种方法的开启电压大的问题一直存在。肖特基直接和异质结界面接触很早就被提出，肖特基金属相当分别与AlGaN材料以及AlGaN/GaN界面相接触，该效果与两个肖特基并联的效果相同，二维电子气相当于金属片。该结构的目的是利用2EDG层截面面积很小，而耗尽区宽度大，故其高频时的电容也很小，从而提升截止频率，同时，这种方法也存在反向漏电较大的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种综合了肖特基金属与异质结直接接触以栅控减小反向漏电的二极管器件，并提出一种新型空气桥器件制作方法；该制作方法制作的二极管期间能在不影响肖特基和异质结接触较小开启电压下，大幅减小反向漏电，改善器件性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种空气桥结构肖特基栅控二极管器件，其结构由下往上依次为衬底，应力缓冲层，GaN沟道层，AlGaN势垒层，GaN盖帽层；所述的GaN沟道层以上有两个凸面：第一凸面和第二凸面，GaN沟道层、AlGaN势垒层以及GaN盖帽层位于两个凸面上；在第一凸面上刻蚀出一个圆柱状小孔，小孔刻蚀深度最少要刻到GaN沟道层；第一凸面的GaN盖帽层上分别沉积有欧姆接触金属和肖特基接触金属，所述肖特基金属分为内外两层不同金属，内层肖特基金属沉积在圆柱状小孔内壁及圆柱底部，外层肖特基金属以环形沉积在GaN盖帽层上，欧姆接触金属和肖特基接触金属之间有沟道隔开；在第二凸面上沉积有一层欧姆接触金属；在第一凸面的肖特基接触金属和第二凸面的欧姆接触金属上电镀加厚金，第一凸面的肖特基接触金属上的厚金与第二凸面的欧姆接触金属上的厚金通过镂空厚金空气桥连接。

在本发明中，欧姆接触金属和肖特基接触金属之间有沟道隔开，沟道能隔绝欧姆接触金属和肖特基接触金属直接导通，并且沟道也可填充绝缘的钝化层，钝化层可用来减小材料表面缺陷对异质结沟道二维电子气影响。