CN103794654A - 半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体装置，该半导体装置包括：基板；形成在所述基板上的第一氮化物半导体层；形成在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层的一边上的阴极电极；具有一端和另一端的阳极电极，所述一端嵌在所述第二氮化物半导体层的另一边上达到预定深度，以及所述另一端与所述阴极电极间隔开并且形成延伸到所述阴极电极的上部；以及在所述阳极电极和所述阴极电极之间的所述第二氮化物半导体层上形成以覆盖所述阴极电极的绝缘膜。本发明提供的半导体装置能够通过额外形成电流传输路径增加电流传输量。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年10月29日提交的、名称为“半导体装置（Semiconductor Device）”的韩国专利申请No.10-2012-0120393的优先权，将该申请的全部内容通过参考引入本申请中。
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
通常，半导体装置分为主动装置和被动装置，以及主动装置在放大时用于配制电路例如稳压器、节流器、振荡器、逻辑门等等。
在主动装置中，二极管被广泛用作检测装置、电流装置和开关装置。二极管代表性的例子包括稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管(LED)、齐纳二极管、耿氏二极管、肖特基二极管等等。
在上述二极管中的肖特基二极管（使用具有金属和半导体的连接的肖特基连接的二极管）具有可能在高速下开关操作的优势，以及该二极管能够被低正向电压驱动。
通常，肖特基二极管可以由形成肖特基接触的阳极电极、形成欧姆接触的阴极电极以及通过AlGaN/GaN的异质结形成的二维电子气(2DEG)通道构成。
本发明中，在阳极电极和阴极电极之间的电流传输通过2DEG通道实现。
同时，现有技术的肖特基二极管的结构已经在美国专利No.6768146中公开。
发明内容
本发明致力于提供一种能够通过额外形成电流传输路径增加电流传输量的半导体装置。
根据本发明的优选实施方式，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括：基板；形成在所述基板上的第一氮化物半导体层；形成在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层的一边上的阴极电极；具有一端和另一端的阳极电极，所述一端嵌在所述第二氮化物半导体层的另一边上达到预定深度，以及所述另一端与所述阴极电极间隔开并且形成延伸到所述阴极电极的上部；以及在所述阳极电极和所述阴极电极之间的所述第二氮化物半导体层上形成以覆盖所述阴极电极的绝缘膜。
所述阴极电极可以嵌入所述第二氮化物半导体层达到预定深度。
所述绝缘膜可以包括：与所述第二氮化物半导体层接触的第一部分；以及与所述阴极电极接触的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更厚的厚度。
所述第一氮化物半导体层可以由氮化镓(GaN)制成。
所述第二氮化物半导体层可以由氮化铝镓(AlGaN)制成。
所述绝缘膜可以为氧化膜。
所述氧化膜可以由二氧化硅（SiO2）制成。
所述阳极电极可以由镍制成。
所述阴极电极可以为钛(Ti)/镍(Ni)/铝(Al)/金(Au)依次层压而成。
所述阳极电极可以形成肖特基接触。
所述阴极电极可以形成欧姆接触。
根据本发明的优选实施方式，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括：基板；形成在所述基板上的第一氮化物半导体层；形成在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层；形成在所述第二氮化物半导体层的一边上的阴极电极；具有一端和另一端的阳极电极，所述一端嵌入所述第二氮化物半导体层的另一边达到预定深度，以及所述另一端与所述阴极电极间隔开并且形成延伸到所述阴极电极的上部；以及在所述阳极电极和所述阴极电极之间的所述第二氮化物半导体层上形成以覆盖所述阴极电极的绝缘膜，其中，所述绝缘膜包括：与所述第二氮化物半导体层接触的第一部分；以及与所述阴极电极接触的第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更厚的厚度。
所述阴极电极可以嵌入所述第二氮化物半导体层达到预定深度。
附图说明
下面结合附图的详细描述将更清楚的理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，其中：
图1为显示根据本发明优选实施方式的半导体装置的结构的剖视图；以及
图2为显示在图1的半导体装置中与第二氮化物半导体层接触的绝缘膜的厚度和与阴极电极接触的绝缘膜的厚度不同的结构的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对优选实施方式的详细描述，将更清晰地理解本发明的上述及其他目的、特征以及优点。在所有附图中，相同的参考标记用于指代相同或相似的组件，并省略多余的描述。此外，在下面的说明书中，术语“第一”、“第二”、“一边”、“另一边”等等用于将某个元件与其他元件相区分，且这些元件的结构不受上述术语的限定。此外，在本发明的说明书中，当相关技术的详细描述可能模糊本发明的主旨时，将省略相关描述。
下文中，将结合附图来详细描述本发明的优选实施方式。
图1为显示根据本发明优选实施方式的半导体装置的结构的剖视图；以及图2为显示在图1的半导体装置中与第二氮化物半导体层接触的绝缘膜的厚度和与阴极电极接触的绝缘膜的厚度不同的结构的剖视图。
参见图1，根据本发明优选实施方式的半导体装置100包括基板110；形成在基板110上的第一氮化物半导体层120；形成在第一氮化物半导体层120上的第二氮化物半导体层130；形成在第二氮化物半导体层130上以彼此间隔开的阳极电极140和阴极电极150，形成在第二氮化物半导体层130上以覆盖阴极电极150的绝缘膜160。
本发明优选实施方式的基板110（形成半导体装置的板）可以为半导体基底。
本发明中，半导体基底可以为硅基底、碳化硅基底和青玉（sapphire）基底中的至少任意一种，然而，本发明不限于其中。
在本发明的优选实施方式中，第一氮化物半导体层120和第二氮化物半导体层130可以包括III族氮化物基材料（Group III-nitride based material）。更具体地，III族氮化物基材料可以为氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝铟镓(InAlGaN)中的任意一种，然而，本发明不限于其中。
另外，本发明优选实施方式的第二氮化物半导体层130可以由具有比第一氮化物半导体层120的能带隙（energy band gap）更宽的能带隙的材料制成，然而，本发明不限于其中。
另外，第二氮化物半导体层130可以由具有晶格常数不同于第一氮化物半导体层120的晶格常数的材料制成，然而，本发明不限于其中。
作为一个实施例，第一氮化物半导体层120可以由氮化镓(GaN)制成，以及第二氮化物半导体层130可以由氮化铝镓(AlGaN)制成。
根据上述实施例，可以在第一氮化物半导体层120和第二氮化物半导体层130之间的界面上形成二维电子气(2DEG)通道170，如图1所示。在操作半导体装置100时，可以通过形成的2DEG通道170获得电流。
同时，为了解决在基板110和第一氮化物半导体层120之间根据晶格错配的问题，在基板110和第一氮化物半导体层120之间还可以形成分离缓冲层（没有显示）。
本发明中，缓冲层（没有显示）可以由氮化铝(AlN)制成，然而，本发明没有特别限于其中。
在本发明的优选实施方式中，阴极电极150可以形成在第二氮化物半导体层130上。本发明中，阴极电极150可以形成在第二氮化物半导体层130的一边，然而，本发明没有特别限于其中，并且如图1所示，阴极电极150可以嵌入第二氮化物半导体层130达到预定深度。
本发明中，阴极电极150可以为钛(Ti)/镍(Ni)/铝(Al)/金(Au)依次层压而成，然而，本发明不特别限于其中。
另外，阴极电极150可以与第二氮化物半导体层130形成欧姆接触，然而，本发明没有特别限于其中。
在本发明的优选实施方式中，阳极电极140可以形成在第二氮化物半导体层130上，以与上述阴极电极150间隔开。
更具体地，如图1所示，阳极电极140可以具有一端140a和另一端140b，一端140a嵌入第二氮化物半导体层130的另一边达到预定深度，并且另一端140b形成延伸到阴极电极150的上部。
本发明中，阳极电极140可以与阴极电极150间隔开。
即，本发明优选实施方式的阳极电极140从第二氮化物半导体层130的另一边延伸到阴极电极150，同时与阴极电极150间隔开。
如上所述，因为将阳极电极140的一端140a嵌入第二氮化物半导体层130达到预定深度的一端140a，在正向偏压（forward bias）时，由于肖特基势垒降低效应（Schottky barrier lowering effect），电子可以容易地通过图1的A部分从阳极电极140射入第二氮化物半导体层130和绝缘膜160的连接部位。
另外，阳极电极140可以由镍(Ni)制成，然而，本发明没有特别限于其中。另外，阳极电极140可以与第二氮化物半导体层130形成肖特基接触，本发明没有特别限于其中。
进一步地，本发明优选实施方式的绝缘膜160可以形成在阳极电极140和阴极电极150之间的第二氮化物半导体层130上，以覆盖阴极电极150。
本发明中，在第二氮化物半导体层130与阴极电极150彼此接触的表面的相对表面上，绝缘膜160可以与延伸到阴极电极150的阳极电极140接触。
即，延伸到阴极电极150的上部的阳极电极140可以通过绝缘膜160与阴极电极150电绝缘。
在本发明的优选实施方式中，绝缘膜160可以为氧化膜，然而，本发明没有特别限于其中。本发明中，氧化膜可以由二氧化硅(SiO2)制成，然而，本发明没有特别限于其中。
如上所述，由于第二氮化物半导体层130具有阳极电极140、绝缘膜160和形成在其上的阴极电极150，在阳极电极140的一端140a和阴极电极150之间如图1的B部分所示形成金属氧化物半导体(MOS)结构。
以下，将简要描述MOS结构的简单工作原理。
当在MOS结构中施用偏压到金属时，施用的偏压出现在氧化层和半导体层作为电场。在这种情况下，大多数偏压作为电场出现在氧化层中，以及一些偏压仅仅作用在在半导体层上以在半导体层的表面上引起频带偏移。
在本发明中，当偏压足够多时，产生足够的频带偏移以在费米能级下降低导带，从而使半导体层的表面颠倒以形成通道，即，收集电子的部分。
即，形成阳极电极140，以从第二氮化物半导体层130的另一边延伸到形成在第二氮化物半导体层130的一边上的阴极电极150的上部，并且绝缘膜160在阳极电极140和第二氮化物半导体层130之间形成，这样可以形成如图1的B部分所示的“阳极电极-绝缘膜-第二氮化物半导体层”的串行结构（serial structure）。
该结构相当于MOS结构，即，“金属-氧化膜-半导体层”的结构。因此，依照上述MOS结构的工作原理，在本发明的优选实施方式中，如图1所示，可以在第二氮化物半导体层130和绝缘膜160之间的界面上形成电流传输通道180。
当电流传输通道180如上所述形成在第二氮化物半导体层130和绝缘膜160之间的界面上时，通过图1的A部分从嵌入第二氮化物半导体层130的阳极电极140射入到第二氮化物半导体层130和绝缘膜160的连接部分的电子通过电流传输通道180流向阴极电极150。
即，除了在第一氮化物半导体层120和第二氮化物半导体层130之间的界面上形成的2DEG通道170之外，根据本发明优选实施方式的半导体装置100包括在第二氮化物半导体层130和绝缘膜160之间进一步形成的电流传输通道180。
因此，由于电流可以通过进一步形成的电流传输通道180以及2DEG通道170传输，与现有技术的肖特基二极管相比，可以同时传输更大量的电流。
同时，当在阳极电极140和阴极电极150之间施用反向偏压时，在其中形成在阴极电极150和阳极电极140的另一端140b之间的绝缘膜160具有厚的厚度以增加击穿电压和降低泄露电流的结构如图2所示，所述阳极电极140的另一端140b形成在阴极电极150的上部。
即，如图2所示，形成在阳极电极140和第二氮化物半导体层130之间的绝缘膜160的厚度t0与形成在阳极电极140和阴极电极150之间的绝缘膜160的厚度t1较厚，从而在反向偏压时增加了阳极电极140和阴极电极150之间的反向电压容量（reverse voltage capability）。
氧化膜和阳极电极延伸到氮化物半导体层上，并且额外形成能够在氮化物半导体层和氧化膜之间传输电流的通道，从而可能在同时传输大量的电流。
另外，阳极电极嵌入氮化物半导体层达到预定深度，从而电子可以容易地从阳极电极射入到半导体层。
虽然本发明的实施方式已出于说明的目的而被公开，但可以理解的是本发明不限于此，而且本领域技术人员应当理解在不偏离本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加及替代都是可以的。
相应地，任何或所有的修改、变化或等同的方案都应落在本发明的范围内，且本发明的具体范围将通过所附的权利要求书公开。
Claims (13)
1.一种半导体装置，该半导体装置包括：
基板；
形成在所述基板上的第一氮化物半导体层；
形成在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层；
形成在所述第二氮化物半导体层的一边上的阴极电极；
具有一端和另一端的阳极电极，所述一端嵌在所述第二氮化物半导体层的另一边上达到预定深度，以及所述另一端与所述阴极电极间隔开并且形成延伸到所述阴极电极的上部；以及
在所述阳极电极和所述阴极电极之间的所述第二氮化物半导体层上形成以覆盖所述阴极电极的绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阴极电极嵌入所述第二氮化物半导体层达到预定深度。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘膜包括：
与所述第二氮化物半导体层接触的第一部分；以及
与所述阴极电极接触的第二部分，
所述第二部分具有比所述第一部分更厚的厚度。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一氮化物半导体层由氮化镓制成。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第二氮化物半导体层由氮化铝镓制成。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘膜为氧化膜。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，所述氧化膜由二氧化硅制成。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阳极电极由镍制成。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阴极电极为钛/镍/铝/金依次层压而成。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阳极电极形成肖特基接触。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阴极电极形成欧姆接触。
12.一种半导体装置，该半导体装置包括：
基板；
形成在所述基板上的第一氮化物半导体层；
形成在所述第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层；
形成在所述第二氮化物半导体层的一边上的阴极电极；
具有一端和另一端的阳极电极，所述一端嵌入所述第二氮化物半导体层的另一边达到预定深度，以及所述另一端与所述阴极电极间隔开并且形成延伸到所述阴极电极的上部；以及
在所述阳极电极和所述阴极电极之间的所述第二氮化物半导体层上形成以覆盖所述阴极电极的绝缘膜，
其中，所述绝缘膜包括：
与所述第二氮化物半导体层接触的第一部分；以及
与所述阴极电极接触的第二部分，
所述第二部分具有比所述第一部分更厚的厚度。
13.根据权利要求12所述的半导体装置，其中，所述阴极电极嵌入所述第二氮化物半导体层达到预定深度。
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