CN203351611U - 基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，属于半导体器件领域。本实用新型自下而上包括衬底、缓冲层和GaN层，在GaN层上设有渐变组分AlGaN层、与渐变组分AlGaN层横向结构形成的欧姆接触金属层和肖特基接触金属层，所述渐变组分AlGaN层的Al组分非均匀分布。该二极管与普通HEMT材料结构的二极管相比，有源区采用渐变组分AlGaN，减弱了由于电子聚集引起的可靠性问题；与硅掺杂形成N-/N+高低浓度结构的GaN肖特基二极管相比，本实用新型的串联电阻较小；与GaAs肖特基二极管相比，在同等肖特基结面积的情况下，可以承受更大的输入功率，且散热性能增强；与普通HEMT材料结构的二极管相比，本实用新型电容的非线性更强，更加适合作为变容器件，且器件结构简单，易于实现。

Description

基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管

技术领域

本实用新型属于半导体器件领域。

背景技术

太赫兹（THz）波是指频率在 0.1-10THz范围内的电磁波，其中 1THz=1000GHz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。

在THz波段，肖特基二极管具有常温工作，易于集成等优点，已经被应用于太赫兹波段的检测以及用于太赫兹源的产生。

目前应用于太赫兹波段的肖特基二极管多为砷化镓（GaAs）基，由于氮化镓（GaN）材料的迁移率相对于GaAs材料来讲，迁移率偏低，基于GaN的肖特基二极管研究较少，但是由于GaN材料带隙为3.4eV，相对于GaAs材料带隙1.4eV，带隙更宽，GaN具有更高的击穿电压，又由于GaN材料相对于GaAs材料具有更好的散热能力，因此GaN基肖特基二极管相对于GaAs基肖特基二极管可以承受更高的输入功率，并且散热性能更好。GaN基肖特基二极管作为倍频源放置在太赫兹倍频链的第一级。

目前有基于硅掺杂形成N-/N+高低浓度掺杂结构的GaN肖特基二极管，但是该类型肖特基二极管串联电阻较大，降低了二极管的工作频率；还有基于高电子迁移率晶体管（HEMT）材料结构的肖特基二极管，多为纵向结构，该类型肖特基二极管由于电子要实现从纵向和横向的传输，渡越时间较长。同时该类型二极管由于二维电子气（2DEG）聚集性强，将引起可靠性问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，该二极管可以降低有源区的电子聚集性，减弱由于电子聚集引起的可靠性问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，自下而上包括衬底、缓冲层和GaN层，在GaN层上设有渐变组分AlGaN层、与渐变组分AlGaN层横向结构形成的欧姆接触金属层和肖特基接触金属层，欧姆接触金属层和肖特基接触金属层位于渐变组分AlGaN层的两侧，所述渐变组分AlGaN层的Al组分为非均匀分布。

所述渐变组分AlGaN层的Al组分自上而下或自下而上由0渐变到30%。

所述衬底为蓝宝石、Si、SiC或GaN。

所述缓冲层为AlN。

在渐变组分AlGaN层上方生长有氮化硅钝化层。

采用上述技术方案取得的技术进步为：

1、该二极管采用横向结构，有源区的电子没有纵向传输过程，缩短了电子的渡越时间；

2、与普通HEMT材料结构的二极管相比，本实用新型有源区采用渐变组分AlGaN，减弱了由于电子聚集引起的可靠性问题；

3、与硅掺杂形成N-/N+高低浓度结构的GaN肖特基二极管相比，本实用新型的串联电阻较小；

4、与GaAs肖特基二极管相比，在同等肖特基结面积的情况下，本实用新型可以承受更大的输入功率，且散热性能增强；

5、与普通HEMT材料结构的二极管相比，本实用新型电容的非线性更强，更加适合作为变容器件；

6、本实用新型器件结构简单，易于实现。

附图说明

图1所示为本实用新型的结构主视图；

图2所示为图1的俯视图；

其中，101、欧姆接触金属层，102、渐变组分AlGaN层，103、肖特基接触金属层，104、肖特基接触引线电极，105、GaN层，106、缓冲层，107、衬底，108、氮化硅钝化层。

具体实施方式

由图1所示可知，基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，自下而上包括衬底107、缓冲层106和GaN层105，在GaN层105上设有渐变组分AlGaN层102、与AlGaN层102横向结构形成的欧姆接触金属层101和肖特基接触金属层103，所述渐变组分AlGaN层102的Al组分为非均匀分布；所述渐变组分AlGaN层102的Al组分自上而下（或自下而上）由0渐变到30%；所述衬底107为蓝宝石、Si、SiC或GaN；所述缓冲层106为AlN。

衬底107处在本实用新型的最下方，用以支撑整个肖特基二极管；在衬底107上有外延生长的AlN缓冲层106，在AlN缓冲层106上有外延生长的GaN层105，在GaN层105上有外延生长的渐变组分的AlGaN层102，渐变组分AlGaN层102由于组分渐变，形成天然极化掺杂，电子气均匀分布在整个渐变组分AlGaN层102以及GaN层105与渐变组分AlGaN层102界面处，形成了类似多沟道的二维电子气。在渐变组分AlGaN 102层左侧为欧姆接触金属层101，欧姆接触金属层101自下至上为依次为Ti、Al、Ni、Au，在渐变组分AlGaN层102右侧为肖特基接触金属层103，在肖特基接触金属层103右侧为肖特基接触引线电极104。

所述渐变组分AlGaN层102的Al组分的渐变方式有很多种，比如线性渐变、非线性渐变（如指数渐变、等梯度渐变等、非等梯度渐变等）等。不同的渐变方式会产生不同的技术效果，本领域技术人员可根据实际需要选择合适的渐变方式。

本实用新型所述的肖特基二极管可通过以下半导体工艺实现：

第一步，台面刻蚀：台面区域为渐变组分AlGaN层102和部分GaN层105，通过干法刻蚀的方法，刻蚀掉AlGaN层102和上层部分的GaN层105的两侧边部分，形成渐变组分AlGaN层102和GaN层105之间的台面，如图1所示。

第二步，制作欧姆接触：如图1和图2所示的101区域，通过蒸发金属制成欧姆接触金属层101，欧姆接触金属层101自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au，通过合金，欧姆接触金属层101与渐变组分AlGaN层102形成欧姆接触。

第三步，制作肖特基接触：如图1和图2所示的103区域，通过蒸发金属Ni、Au，金属与渐变组分AlGaN层102形成肖特基接触金属层103。

第四步，制作肖特基接触引线电极104：肖特基接触引线电极104的位置如图1和图2所示。

为了提高肖特基二极管的可靠性，在渐变组分AlGaN层102上方，通过生长氮化硅钝化层108来保护有源区的渐变组分AlGaN层102。

本实用新型的二极管采用横向结构，这样有源区的电子就没有纵向传输过程，缩短了电子的渡越时间；与普通HEMT材料结构的二极管相比，本实用新型的有源区采用渐变组分的AlGaN，减弱了二极管中由于电子聚集引起的可靠性问题，并且本实用新型电容的非线性更强，更加适合作为变容器件；与硅掺杂形成N-/N+高低浓度结构的GaN肖特基二极管相比，本实用新型的串联电阻较小；与GaAs肖特基二极管相比，在同等肖特基结面积的情况下，本实用新型可以承受更大的输入功率，且散热性能增强；本实用新型器件结构简单，易于实现。

以上对本实用新型的实施方式的描述仅用于说明本实用新型的技术方案，而不是对本实用新型范围的限制，本实用新型并不限于所公开的具体实施例子，本领域的技术人员可以对本实用新型所述的实施方式进行修改或者对其中部分技术特征进行等同替换，这些修改或者替换都应落入本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，其特征在于自下而上包括衬底（107）、缓冲层（106）和GaN层（105），在GaN层（105）上设有渐变组分AlGaN层（102）、与渐变组分AlGaN层（102）横向结构形成的欧姆接触金属层（101）和肖特基接触金属层（103），欧姆接触金属层（101）和肖特基接触金属层（103）位于渐变组分AlGaN层（102）的两侧，所述渐变组分AlGaN层（102）的Al组分为非均匀分布。

2.根据权利要求1所述的基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，其特征在于所述渐变组分AlGaN层（102）的Al组分自上而下或自下而上由0渐变到30%。

3.根据权利要求1所述的基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，其特征在于所述衬底（107）为蓝宝石、Si、SiC或GaN。

4.根据权利要求1所述的基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，其特征在于所述缓冲层（106）为AlN。

5.根据权利要求1所述的基于极化掺杂的GaN横向肖特基二极管，其特征在于在渐变组分AlGaN层（102）上方生长有氮化硅钝化层（108）。

Images