CN103579372A - 肖特基位障二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种肖特基位障二极管(Schottky barrier diode,SBD)及其制造方法。肖特基位障二极管，形成于基板上，其包含：形成于基板上的氮化镓(gallium nitride,GaN)层；形成于GaN层上的氮化铝镓(aluminum gallium nitride,AlGaN)层；形成于AlGaN层上的绝缘层；形成于绝缘层上的阳极导电层，且部分阳极导电层与GaN层或AlGaN层，形成肖特基接触，且另一部分阳极导电层与AlGaN层间，由绝缘层隔开；以及形成于AlGaN层上的阴极导电层，并与AlGaN层间，形成欧姆接触，且该阴极导电层与该阳极导电层不直接连接。
Description
技术领域
本发明涉及一肖特基位障二极管(Schottky barrier diode,SBD)及其制造方法，特别是指一种降低漏电流的SBD及其制造方法。
背景技术
图1显示一种现有技术肖特基位障二极管(SBD)100，形成于硅基板11上，包含氮化镓(GaN)层、氮化铝镓(AlGaN)层、阳极导电层14、与阴极导电层15。SBD为一半导体元件，相较于p-n接面二极管，其利用金属与半导体的肖特基接触(Schottky contact)所产生的肖特基位障(Schottky barrier)，使得操作时顺向电流较大，且回复时间较短。然而由于使得SBD操作于逆向偏压时，会产生很大的漏电流，因此造成电能的损失。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种肖特基位障二极管及其制造方法，使得肖特基位障二极管操作时，降低漏电流，以减少肖特基位障二极管操作时的电能损耗。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种肖特基位障二极管及其制造方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种肖特基位障二极管，形成于一基板上，包含：一氮化镓(gallium nitride,GaN)层，形成于该基板上；一氮化铝镓(aluminum gallium nitride,AlGaN)层，形成于该GaN层上；一绝缘层，形成于该AlGaN层上；一阳极导电层，形成于该绝缘层上，且部分该阳极导电层与该GaN层或该AlGaN层，形成肖特基接触，且另一部分该阳极导电层与该AlGaN层间，由该绝缘层隔开；以及一阴极导电层，形成于该AlGaN层上，并与该AlGaN层间，形成一欧姆接触，且该阴极导电层与该阳极导电层不直接连接。
就另一观点言，本发明也提供了一种肖特基位障二极管制造方法，包含：形成一氮化镓(gallium nitride,GaN)层于一基板上；形成一氮化铝镓(aluminum gallium nitride,AlGaN)层于该GaN层上；形成一绝缘层于该AlGaN层上；形成一阳极导电层于该绝缘层上，且部分该阳极导电层与该GaN层或该AlGaN层，形成肖特基接触，且另一部分该阳极导电层与该AlGaN层间，由该绝缘层隔开；以及形成一阴极导电层于该AlGaN层上，并与该AlGaN层间，形成一欧姆接触，且该阴极导电层与该阳极导电层不直接连接。
在其中一种较佳实施型态中，该绝缘层由俯视图视之为格状，形成于该阳极导电层与该GaN层或该AlGaN层之间。
在另一种较佳实施型态中，该基板包含一绝缘基板或一导体基板。
在又一种较佳实施型态中，该绝缘层厚度小于1微米(um)。
在另一种较佳实施型态中，该绝缘层具有一高于3.9的介电质常数。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示一种现有技术肖特基位障二极管(SBD)100；
图2显示本发明的第一个实施例；
图3显示本发明的第二个实施例；
图4A-4C显示本发明的第三个实施例；
图5显示本发明的第四个实施例；
图6A-6B显示现有技术SBD（图6A）与利用本发明的SBD（图6B）的阳极电流对阳极电压的特性图；
图7A-7B显示现有技术SBD（图7A）与利用本发明的SBD（图7B）的剖面二维的电场模拟特性图；
图8A-8B显示现有技术SBD（图8A）与利用本发明的SBD（图8B）在阳极边缘的垂直方向的电场模拟特性图；
图9A-9B显示现有技术SBD（图9A）与利用本发明的SBD（图9B）在通道横向方向的电场模拟特性图。
图中符号说明
11,21 基板
12,22 GaN层
13,23 AlGaN层
14,24,34 阳极导电层
15,25,35 阴极导电层
26 绝缘层
100,200,300,400 肖特基位障二极管
Et,Ep 阳极边缘电场
具体实施方式
本发明中的图式均属示意，主要意在表示制程步骤以及各层之间的上下次序关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
图2显示本发明的第一个实施例。如图2所示，SBD200例如形成于基板21上，而基板21例如但不限于为硅基板、碳化硅基板、或蓝宝石基板等绝缘基板或导体基板。且于基板21上，例如但不限于以外延技术形成氮化镓(GaN)层22。除GaN层22外，SBD200还包含氮化铝镓(AlGaN)层23、绝缘层24、阳极导电层25、以及阴极导电层26。其中，AlGaN层23，形成于GaN层22上；绝缘层24形成于AlGaN层23上；阳极导电层25形成于绝缘层24上，且一部分A阳极导电层25与AlGaN层24，形成肖特基接触，且另一部分B阳极导电层25与AlGaN层23间，由绝缘层24隔开；阴极导电层26，形成于AlGaN层23上，并与AlGaN层23间，形成欧姆接触，且阴极导电层26与阳极导电层25不直接连接。
本实施例与现有技术不同之处，主要在于利用绝缘层24，形成多电场平板，并调整阳极金属层25与AlGaN层23之间的肖特基位障，以提高SBD不导通时的崩溃电压。
图3显示本发明的第二个实施例。本实施例显示应用本发明的SBD300的剖视示意图。与第一个实施例不同的是，本实施例的部分阳极导电层35与GaN层22而并非与AlGaN层23，形成肖特基接触。
请参阅图4A-4C，显示本发明的第三个实施例，SBD200的制造流程剖视示意图。如图4A所示，于基板21上，形成GaN层22于基板21上。其中基板21可以为不导电的绝缘基板，例如但不限于为蓝宝石(sapphire)基板，亦可以为导体基板，例如但不限于为碳化硅(SiC)基板。接着形成AlGaN层23于GaN层22上。
然后如图4B所示，形成绝缘层24于AlGaN层23上其中，绝缘层24例如但不限于以高介电材料制作，其介电常数例如高于二氧化硅的3.9。
接着如图4C所示，于绝缘层24上，形成阳极导电层25；并于AlGaN层23上，形成阴极导电层26。其中，部分阳极导电层25与AlGaN层23，形成肖特基接触，且另一部分阳极导电层25与AlGaN层23间，由绝缘层24隔开；而阴极导电层26与AlGaN23层间，形成欧姆接触(Ohmic contact)，且阴极导电层26与阳极导电层25不直接连接。
图5显示本发明的第四个实施例。本实施例显示应用本发明的SBD400的剖视示意图。与第一个实施例不同的是，本实施例的绝缘层34由俯视图(未示出)视之为格状，形成于阳极导电层25与GaN层22或AlGaN层23之间。
请参阅图6A-6B，显示现有技术SBD与利用本发明的SBD的阳极电流对阳极电压的特性图，如图6A-6B所示，相较于现有技术SBD，利用本发明的SBD在相同阳极电压下，阳极电流较大，表示利用本发明的SBD，其导通特性较佳。
请参阅图7A-7B，显示现有技术SBD与利用本发明的SBD的剖面二维的电场模拟特性图，如图6A-6B所示，相较于现有技术的SBD，利用本发明的SBD在相同操作电压下，阳极边缘的电场被分散为两个峰值，且其峰值较低，表示利用本发明的SBD，其电场得到舒缓，因而可增加崩溃电压。
请参阅图8A-8B，显示现有技术SBD与利用本发明的SBD在阳极边缘的垂直方向的电场模拟特性图，如图8A-8B所示，相较于现有技术的SBD，利用本发明的SBD在相同操作电压下，阳极边缘的电场较低，表示利用本发明的SBD，其电场得到舒缓，因而可增加崩溃电压。
请参阅图9A-9B，显示现有技术SBD与利用本发明的SBD在通道横向方向的电场模拟特性图，如图9A-9B所示，相较于现有技术的SBD，利用本发明的SBD在相同操作电压下，阳极边缘的电场较低，也就是Ep<Et，表示利用本发明的SBD，其电场得到舒缓，因而可增加崩溃电压。
需说明的是，应用本发明的SBD，其绝缘层厚度小于1微米(um)，更佳的实施方式为小于0.1微米(um)。表示此绝缘层是用以改变阳极导电层的功函数，并非直接利用较厚的绝缘层来隔离电场，使其减弱。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，在不影响元件主要的特性下，可加入其它制程步骤或结构，如在形成阴极导电层前，先于SBD的阴极位置，定义并蚀刻出欧姆接触区等。本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
Claims (10)
1.一种肖特基位障二极管，形成于一基板上，其特征在于，包含：
一氮化镓层，形成于该基板上；
一氮化铝镓层，形成于该氮化镓层上；
一绝缘层，形成于该氮化铝镓层上；
一阳极导电层，形成于该绝缘层上，且部分该阳极导电层与该氮化镓层或该氮化铝镓层，形成肖特基接触，且另一部分该阳极导电层与该氮化铝镓层间，由该绝缘层隔开；以及
一阴极导电层，形成于该氮化铝镓层上，并与该氮化铝镓层或该氮化铝镓层间，形成一欧姆接触，且该阴极导电层与该阳极导电层不直接连接。
2.如权利要求1所述的肖特基位障二极管，其中，该绝缘层由俯视图视之为格状，形成于该阳极导电层与该氮化镓层或该氮化铝镓层之间。
3.如权利要求1所述的肖特基位障二极管，其中，该基板包含一绝缘基板或一导体基板。
4.如权利要求1所述的肖特基位障二极管，其中，该绝缘层厚度小于1微米。
5.如权利要求1所述的肖特基位障二极管，其中，该绝缘层具有一高于3.9的介电质常数。
6.一种肖特基位障二极管制造方法，其特征在于，包含：
形成一氮化镓层于一基板上；
形成一氮化铝镓层于该氮化镓层上；
形成一绝缘层于该氮化铝镓层上；
形成一阳极导电层于该绝缘层上，且部分该阳极导电层与该氮化镓层或该氮化铝镓层，形成肖特基接触，且另一部分该阳极导电层与该氮化铝镓层间，由该绝缘层隔开；以及
形成一阴极导电层于该氮化铝镓层上，并与该氮化铝镓层或该氮化铝镓层间，形成一欧姆接触，且该阴极导电层与该阳极导电层不直接连接。
7.如权利要求6所述的肖特基位障二极管制造方法，其中，该绝缘层由俯视图视之为格状，形成于该阳极导电层与该氮化镓层或该氮化铝镓层之间。
8.如权利要求6所述的肖特基位障二极管制造方法，其中，该基板包含一绝缘基板或一导体基板。
9.如权利要求6所述的肖特基位障二极管制造方法，其中，该绝缘层厚度小于1微米。
10.如权利要求6所述的肖特基位障二极管制造方法，其中，该绝缘层具有一高于3.9的介电质常数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140212 |