專利名稱：氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，尤其涉及用于大功率應(yīng)用的提高反向擊穿電壓和電流容量的氮化鎵(GaN)肖特基二極管。
背景技術(shù)：
二極管整流器是應(yīng)用于低電壓開關(guān)、電源、電力變換器以及相關(guān)應(yīng)用上最廣泛的器件之一。為了確保有效工作，理想的二極管應(yīng)該具有低的導(dǎo)通電壓(0. I伏一0. 2伏或更低)，低的反向漏電流，高的閉鎖電壓(20 — 30伏)，以及高的開關(guān)速度。最常見的二極管是PN結(jié)二極管，是在硅(Si )襯底上形成的，其中引入雜質(zhì)元素以能在受控方式中更正二極管的工作特性。除了硅之外，PN結(jié)二極管也可以形成在其他半導(dǎo)·體材料的晶片上，如砷化鎵(GaAs)和碳化硅(SiC)。PN結(jié)二極管的一個(gè)弊端在于正向傳導(dǎo)過程中,對(duì)大電流傳輸來說,二極管中的功率損失過多。另外一種二極管是肖特基勢(shì)壘二極管，這種二極管是由整流金屬半導(dǎo)體勢(shì)壘區(qū)代替PN結(jié)而形成的。當(dāng)金屬接觸半導(dǎo)體時(shí)，在兩者之間的結(jié)合處產(chǎn)生勢(shì)壘區(qū)域。若恰當(dāng)?shù)刂谱?，?shì)壘區(qū)域?qū)?huì)使電荷存儲(chǔ)效應(yīng)最小化，并通過減少關(guān)斷時(shí)間來提高二極管的開關(guān)轉(zhuǎn)換。[L. P. Hunter ；Physics of Semiconductor Materials, Devices, and Circuit (半導(dǎo)體材料、器件、電路物理)，Semiconductor Devices (半導(dǎo)體器件),第I 一 10頁(yè)，1970年]常用的肖特基二極管比PN結(jié)二極管具有較低的接通電壓(大約為0.5伏或者更高，依賴于半導(dǎo)體的能帶隙)，并且在以下應(yīng)用中更加理想其中二極管中的能量損失具有顯著的系統(tǒng)影響(就如開關(guān)電源中的輸出整流器)。將氮化鎵半導(dǎo)體器件應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換是一種新設(shè)計(jì)，以及對(duì)這種器件的環(huán)境需要，也是現(xiàn)有技術(shù)的基于氮化鎵的器件沒有實(shí)現(xiàn)的制造和可靠性考慮。在本發(fā)明之前，還沒有適于商業(yè)使用的大功率氮化鎵肖特基二極管器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的大功率半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一目的是提供一種氮化鎵肖特基二極管半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的還有一個(gè)目的是在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中提供平臺(tái)構(gòu)造，用于改善的可靠性和制造成本。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供制造氮化鎵肖特基半導(dǎo)體器件的改進(jìn)方法，這種方法使用藍(lán)寶石襯底并且利用倒裝技術(shù)。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)在2005年I月10日提交的、名為“PACKAGE FOR GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICES”(“氮化鎵半導(dǎo)體器件的組件”)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/032,666中披露。
通過本申請(qǐng)的公開，包括下文的詳細(xì)描述以及本發(fā)明的實(shí)踐，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明附加的目的、有益效果以及新的技術(shù)特征都是顯而易見的。雖然本發(fā)明的描述基于優(yōu)選的實(shí)施方式，但是應(yīng)該明白本發(fā)明不僅限于此。已經(jīng)理解本發(fā)明教義的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到在其他領(lǐng)域的附加應(yīng)用、修改以及實(shí)施方式，這些都屬于本發(fā)明公開和要求保護(hù)的范圍，并且與本發(fā)明的實(shí)用性有關(guān)。簡(jiǎn)要地說，本發(fā)明提供一種基于氮化鎵的半導(dǎo)體二極管，在襯底上設(shè)置I 一 6微米厚度的n+摻雜氮化鎵層。在n+氮化鎵層上有厚度大于I微米的n-摻雜氮化鎵層；在上述n-摻雜氮化鎵層上設(shè)置金屬層并與之構(gòu)成肖特基結(jié)。另一方面，本發(fā)明提供一種具有氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的肖特基二極管半導(dǎo)體器件，該氮化鎵半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被設(shè)置在襯底上，并且具有頂表面，該結(jié)構(gòu)包括屬于第一導(dǎo)電類型的下部半導(dǎo)體層；置于一部分下部半導(dǎo)體層上并形成多個(gè)臺(tái)面的屬于第一導(dǎo)電類型的上部半導(dǎo)體層；以及置于上部半導(dǎo)體層上并形成多個(gè)臺(tái)面的第一金屬層；還有置于上部半導(dǎo)體層上并在多個(gè)臺(tái)面中的每一個(gè)上形成肖特基結(jié)的第一金屬層，所述臺(tái)面從下部半導(dǎo)體層表面向上突起。
更具體地，上下半導(dǎo)體層厚度的選擇要使二極管的反向擊穿電壓大于500伏特，電流量超過5安培。將在所附權(quán)利要求中具體提出被認(rèn)為是本發(fā)明特性的新技術(shù)特征。然而，在結(jié)合說明書附圖閱讀說明書時(shí)，由特定的實(shí)施方式將會(huì)更好地理解本發(fā)明自身的結(jié)構(gòu)及其操作方法，以是附加的目的及有益效果。


結(jié)合附圖及以下的詳細(xì)描述，將更好地理解和更全面地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。圖IA是第一實(shí)施方式中現(xiàn)有技術(shù)中氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化的截面視圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化的截面視圖。圖2A是第二實(shí)施方式中現(xiàn)有技術(shù)的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化的截面視圖。圖2B是圖IB的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化的截面視圖，描述周期性臺(tái)面結(jié)構(gòu)。圖3是第三實(shí)施方式中現(xiàn)有技術(shù)的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化的截面視圖。圖4A是本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的俯視圖。圖4B是本發(fā)明第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的俯視圖。圖5A是通過圖4A或4B的A-A平面的本發(fā)明氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中某一階段的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。圖5B是在圖4A或4B的B-B平面中本發(fā)明第一實(shí)施方式的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖5A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。圖5C是通過圖4A或4B的C-C平面的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖5A、圖5B同一階段時(shí)的肖特基鍵合金屬接觸。圖6A是通過圖4的A-A平面的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示在金屬(鋁)鍍層上添加二氧化硅或聚酰亞胺鈍化層的制造過程中后續(xù)階段后的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
圖6B是在圖4的B-B是平面中的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖6A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。鈍化層覆蓋于肖特基金屬接觸上，然后該鈍化層被構(gòu)圖以露出到活性的歐姆金屬的接觸。圖6C是通過圖4的C-C平面的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖6A、6B同一階段時(shí)的肖特基鍵合金屬接觸。圖7A是通過圖4B的A-A平面中的本發(fā)明第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中后續(xù)階段之后的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。圖7B是通過圖4B的B-B平面的本發(fā)明第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖7A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。圖8A是通過圖4A的A-A平面的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示圖7A之后制造過程中隨后階段的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
圖SB是通過圖4A的B-B平面的本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖8A同一階段時(shí)肖特基鍵合金屬接觸的沉積。圖9A是本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。圖9B是本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。圖9C是本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。圖9D是本發(fā)明另一實(shí)施實(shí)施方式中的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在描述本發(fā)明的細(xì)節(jié)，包括示例和具體實(shí)施方式
。參考附圖以及下面的描述，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同或功能相似的元件，希望將實(shí)施方式中的主要特征用高度簡(jiǎn)化、概略的方式描述出來。另外，附圖不打算描述實(shí)際實(shí)施方式的每個(gè)特征，也不打算描述所述要素的相對(duì)尺寸，并且沒有按比例繪制。圖IA表示肖特基二極管100，該肖特基二極管按照以公布的美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0062525為代表的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成，由基于III族氮化物的材料系統(tǒng)或其他材料系統(tǒng)形成，其中費(fèi)米能級(jí)未被釘扎在其表面態(tài)處。III族氮化物指的是由氮和元素周期表中的III族元素，通常是鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)之間形成的半導(dǎo)體化合物。該術(shù)語也可指三元或四元化合物，如鋁鎵氮(AlGaN)和鋁銦鎵氮(AlInGaN)?，F(xiàn)有技術(shù)二極管的優(yōu)選材料是氮化鎵(GaN)和鋁鎵氮(AlGaN)。二極管100包括襯底101，該襯底是三氧化二鋁(A1203)、硅(Si)或碳化硅(SiC)中的任一種，現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)選襯底是碳化硅的4H多型。也可以使用其他類型的碳化硅多型，包括3C、6H及15R多型。AlGaQ_xN緩沖層(這里x在0和I之間)包含在襯底101上，并在碳化硅襯底和二極管100的剩余部分之間提供一個(gè)合適的晶體結(jié)構(gòu)過渡?，F(xiàn)有技術(shù)中之所以優(yōu)選碳化硅為襯底，是由于它具有比藍(lán)寶石更接近匹配于III族氮化物的晶格，這樣就得到了高質(zhì)量的III族氮化物薄膜。而且，碳化硅具有很高的導(dǎo)熱性，這樣，碳化硅上的III族氮化物器件的總輸出功率就能不受襯底的熱耗散所限(如同在藍(lán)寶石上形成的一些器件中的情形)。這種現(xiàn)有技術(shù)器件依靠橫向傳導(dǎo)(例如與芯片平面平行)形成二極管。由于具有這種結(jié)構(gòu)，碳化硅襯底提供了器件隔離的能力并降低寄生電容，這樣使具有碳化娃的商品器件成為可能。碳化娃襯底可以從Durham, N. C.的CreeResearch公司作為商品而獲得，并在科學(xué)文獻(xiàn)以及在美國(guó)專利Nos. Re. 34，861 ;4，946，547及5，200，022中提出了用于制造碳化硅襯底的方法。二極管100在襯底101上有n+氮化鎵層102，n+氮化鎵層102上的n_氮化鎵層103采用雜質(zhì)高度摻雜，其濃度至少達(dá)到1018/cm3，優(yōu)選濃度為此量值的5 - 20倍。n-氮化鎵層103具有較低摻雜濃度，仍舊為n-型，它的優(yōu)選雜質(zhì)濃度范圍為5X IO1Vcm3到5X1017/cm3。n-氮化鎵層103優(yōu)選厚度為0. 5-1. 0微米，n+氮化鎵層102的厚度為0. 1-1. 5微米，盡管其他厚度也能有效。部分n-氮化鎵層103被向下蝕刻到n-氮化鎵層，在蝕刻區(qū)域內(nèi)的n+氮化鎵層102上包含歐姆金屬接觸105，使之與n-氮化鎵層103電隔離。在另一種可以選擇的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)歐姆接觸可以被包含在未被n+氮化鎵層102覆蓋的襯底表面上。這種現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式特別適用于n型襯底。肖特基金屬層104被包含在n-氮化鎵層103上，與n+氮化鎵層102相對(duì)。 圖IB描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式構(gòu)成的肖特基二極管200的高度放大圖，這種二極管由基于III族氮化物的材料系統(tǒng)構(gòu)成。III族氮化物指的是由氮和元素周期表中的III族元素，通常是鋁(Al)鎵(Ga)、銦(In)之間形成的半導(dǎo)體化合物。這種材料系統(tǒng)也可能是三元或四元化合物，如鋁鎵氮(AlGaN)和鋁銦鎵氮(AlInGaN)。用于新型二極管的優(yōu)選材料是氮化鎵(GaN)和鋁鎵氮(AlGaN)。與圖IA所示的現(xiàn)有技術(shù)器件不同，本發(fā)明的二極管200采用的襯底201優(yōu)選藍(lán)寶石(Al2O3),因?yàn)樗馁M(fèi)用低并且可以得到不同的直徑范圍。另一種可選方案是，也可以使用硅襯底。對(duì)于半導(dǎo)體器件絕緣或藍(lán)寶石襯底的使用取決于較厚的藍(lán)寶石襯底，決定于直徑，如厚度為15-25mils，這作為商品是可獲得的。當(dāng)大電流通過器件的時(shí)候，使用作為商品可獲得的厚藍(lán)寶石襯底的氮化鎵肖特基二極管也帶來了熱量累積問題。本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵特征在于二極管200在較薄的藍(lán)寶石襯底201上實(shí)施。通過在制造過程之后使襯底變薄，可以使用正常的制造程序，但是最后的封裝器件會(huì)使其熱阻大幅度降低。藍(lán)寶石是用于基于氮化物的器件的最普遍的襯底。由于藍(lán)寶石具有很高的熱阻，當(dāng)使用肖特基二極管時(shí)對(duì)于高電流密度來說不希望有較厚的襯底。GaN肖特基二極管在正向傳導(dǎo)模式中要求至少I安培的傳導(dǎo)電流(相當(dāng)于電流密度400安/平方厘米)。典型的是，對(duì)于較大的器件，傳導(dǎo)電流可以達(dá)到8 — 16安培。如果電流正向傳導(dǎo)過程中產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)釋放，熱就會(huì)使器件的溫度升高。由于大多數(shù)半導(dǎo)體材料的特性，如載流子遷移率是溫度的函數(shù)，升高的溫度會(huì)使得器件的性能嚴(yán)重下降。為降低熱效應(yīng)對(duì)器件的影響，必須改善熱傳導(dǎo)。降低熱傳導(dǎo)差的藍(lán)寶石的厚度將有助于改善氮化鎵肖特基二極管的熱傳導(dǎo)。已經(jīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究使藍(lán)寶石變薄以改善器件的熱性能。使用常規(guī)晶片研磨系統(tǒng)，如Strasbaugh有限公司的7AA型自動(dòng)晶片背磨機(jī),或諸如Logitech有限公司的LP50型自動(dòng)精磨拋光機(jī)的金剛石研磨系統(tǒng)，都可分別在大約5分鐘或2小時(shí)內(nèi)將15-25mils的藍(lán)寶石晶片減薄至6mil。也可以進(jìn)行一些拋光以確保由厚的氮化鎵外延層引起的應(yīng)力釋放，并且在器件被切單(singulated)之前不會(huì)使晶片破裂。在厚藍(lán)寶石(15_17mils)上的氮化鎵二極管的熱阻大約為5. 60C /W，而薄藍(lán)寶石(6mil)上低于2V /W。通過減薄藍(lán)寶石而實(shí)現(xiàn)如此大幅度的降低熱阻，大大提高了器件在正向傳導(dǎo)模式中的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中之所以優(yōu)選碳化硅做為襯底，是由于它具有比藍(lán)寶石更接近匹配于III族氮化物的晶格，這樣就導(dǎo)致了高質(zhì)量的III族氮化物薄膜。而且，碳化硅也具有很高的導(dǎo)熱性，使得碳化硅上的III族氮化物器件的總輸出功率就能不受襯底的熱耗散所限(如同在藍(lán)寶石上形成的一些器件中的情形)。然而，在減薄的藍(lán)寶石上的氮化鎵肖特基二極管具有與碳化硅基本上相同的熱學(xué)能。二極管200具有襯底201上的n+氮化鎵層202，和n+氮化鎵層202上的n_氮化鎵層203，n+氮化鎵層202由雜質(zhì)高度摻雜，濃度至少達(dá)到1018/cm3，優(yōu)選濃度為此量值的4-20倍。n-氮化鎵層203具有較低摻雜濃度，仍舊為n_型，它的優(yōu)選雜質(zhì)濃度范圍為5 X IO1Vcm3到5X 1017/cm3。與圖IA描述的現(xiàn)有技術(shù)中的薄相應(yīng)層相反，n+氮化鎵層202的優(yōu)選厚度為I. 0-6. 0微米，n-氮化鎵層203優(yōu)選厚度為I. 0-2. 0微米。
部分n-氮化鎵層203被向下蝕刻到n+層，在蝕刻區(qū)域中的n+氮化鎵層202上提供歐姆金屬接觸205，使之與n-氮化鎵層203電隔離。在另一種可以選擇的實(shí)施方式中，一個(gè)或更多個(gè)歐姆金屬接觸被包含在未被n+氮化鎵層202覆蓋的襯底表面上。這種現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式特別適用于導(dǎo)電襯底。肖特基金屬層204沉積在n-氮化鎵層203上，與n+氮化鎵層202相對(duì)。圖2A是以上述美國(guó)專利申請(qǐng)2003 / 0062525為代表的另一個(gè)實(shí)施方式現(xiàn)有技術(shù)中已知的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化截面圖。具體地，本圖顯示了肖特基二極管300的一個(gè)實(shí)施方式，它解決了隨著勢(shì)壘高度降低而反向電流升高的問題。二極管300與上述實(shí)施方式中描述的相似，具有類似的襯底101、n+氮化鎵層102，以及可選擇性地包含在襯底表面上的歐姆金屬接觸105。它也有n-氮化鎵層106，但是該層106不是平面狀，而是在n-氮化鎵層106中具有二維溝槽結(jié)構(gòu)，包括溝槽108。這些溝槽相互平行并且等間距隔開，在相鄰溝槽108之間有臺(tái)面區(qū)域107。每個(gè)溝槽108都有絕緣層109，覆蓋其側(cè)壁和底表面。可以使用多種不同的絕緣材料，但是優(yōu)選材料是氮化硅(SiN)。肖特基金屬層110被包含在整個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)上，使絕緣層109夾在肖特基金屬110和溝槽的側(cè)壁、底表面之間，并且覆蓋臺(tái)面區(qū)域107。臺(tái)面區(qū)域在肖特基金屬層110和n-氮化鎵層106之間提供直接接觸。另一種可選方式是，可以在每個(gè)溝槽108上覆蓋金屬而不是絕緣體。在這種變化中，肖特基金屬與溝槽金屬絕緣和/或分開。圖2B是圖IB描述的氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化截面圖，表示本發(fā)明三個(gè)為一組的周期性臺(tái)面結(jié)構(gòu)，以說明本發(fā)明范圍內(nèi)臺(tái)面“指狀物”的寬度和間隔范圍。更具體地，每個(gè)指狀物203的寬度選擇范圍為30-200微米，指狀物203之間的間隔為5 — 150微米。圖3是美國(guó)2003/0062525中描述的第三實(shí)施方式現(xiàn)有技術(shù)已知的另一種氮化鎵二極管的高度簡(jiǎn)化截面圖，設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu)是為了降低反向電流。類似于上述圖2A描述的肖特基二極管，溝槽結(jié)構(gòu)隔開多個(gè)平行、等間距隔開的溝槽，但是在本實(shí)施方式中，通過鋁鎵氮?jiǎng)輭緦?11蝕刻頂層，并且完全穿過n-氮化鎵層106到達(dá)n+氮化層102。在相鄰溝槽之間形成類似的臺(tái)面區(qū)域。溝槽的側(cè)壁和底表面有絕緣層109，并且頂部肖特基金屬層110覆蓋整個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)。溝槽結(jié)構(gòu)的作用與上述圖2A描述的相同，都是為了降低反向電流。。圖4A、4B分別是在器件頂層的本發(fā)明第一和第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的俯視平面圖，提供了與器件的歐姆和肖特基區(qū)域相接觸的另外一種設(shè)計(jì)。
更具體地，圖4A是根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)氮化鎵半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施方式的放大俯視平面圖，在單個(gè)管芯上實(shí)現(xiàn)該氮化鎵半導(dǎo)體器件，示出管芯上的肖特基402、407和歐姆408、409線鍵合接觸區(qū)域。通過圖5A的器件局部剖視圖將會(huì)明白，圖5A是通過圖4A中指定的A-A平面所見的，該器件被設(shè)置成兩個(gè)層面的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，其中平面區(qū)域401高于平面區(qū)域403。圖4A還描述了一個(gè)線性中心區(qū)域420，這個(gè)中心區(qū)域垂直設(shè)在圖4A所述器件中，為所有的臺(tái)面指狀物405所共有。指狀物405的優(yōu)選寬度為64微米，分別在左右方向上垂直于中心區(qū)域420并遠(yuǎn)離其平行延伸。指狀物405相互隔開，優(yōu)選間隔距離為26微米。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)氮化鎵半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施方式的放大俯視平面圖，在單個(gè)管芯上實(shí)現(xiàn)該氮化鎵半導(dǎo)體器件，示出管芯上的歐姆408、409線鍵合接觸區(qū)域，但是使用了與圖4A描述不同的連接肖特基的方法。
具體地，在第二實(shí)施方式中，金屬焊盤410延伸于所有臺(tái)面指狀物之上，并且使之與肖特基金屬電連接。當(dāng)使用相對(duì)短和窄的器件指狀物時(shí)，金屬焊盤410可以提高將大直徑引線線鍵合到肖特基連接區(qū)域的能力。另外，圖4A所示的肖特基線鍵合臺(tái)面焊盤區(qū)域可從圖4B所示的裝置的中心全部去除。圖5A是通過圖4A的A-A平面的本發(fā)明氮化鎵二極管的詳細(xì)截面視圖，較詳細(xì)地描述了臺(tái)面結(jié)構(gòu)。具體地，圖中還顯示了藍(lán)寶石襯底201，沉積在襯底上的氮化鎵的高濃度摻雜層(n+) 202，和沉積在部分n+層202上的氮化鎵的低濃度摻雜層(n_) 203，就像上述圖2B更加簡(jiǎn)化描述的那樣。在2004年2月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/780, 526中，描述了對(duì)于氮化鎵肖特基二極管使用低摻雜頂層，通過調(diào)整摻雜濃度以精確得到所需的摻雜水平。結(jié)合圖5A具代表性的視圖描述了本發(fā)明的幾個(gè)關(guān)鍵方面，首先是最佳臺(tái)面尺寸。這些尺寸基于表層厚度和器件中的兩主要層的摻雜水平。鑒于本發(fā)明使用了臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣就存在至少兩個(gè)導(dǎo)電層。第一層是低導(dǎo)電層，處理反向工作中的電壓降，第二傳導(dǎo)層，或者說底層，具有高導(dǎo)電性，處理正向?qū)щ?，以使該器件的低工作電壓成為可能。臺(tái)面結(jié)構(gòu)的使用需要合適地設(shè)計(jì)在整個(gè)器件中電流如何流動(dòng)分布。解決這個(gè)問題，需要設(shè)計(jì)一個(gè)連接外部環(huán)境的主臺(tái)面(通過被鍵合到臺(tái)面上的鍵合焊盤的導(dǎo)線)，并在臺(tái)面上設(shè)置許多細(xì)長(zhǎng)的指狀元件，用于器件平面區(qū)域上方的電流輸送。指狀元件的尺寸必須精心設(shè)計(jì)。若指狀臺(tái)面過窄，電流會(huì)在指狀元件邊緣擁堵，造成導(dǎo)電性下降。若指狀臺(tái)面設(shè)計(jì)過寬，則器件的一些區(qū)域?qū)﹄娏鬏斔蜎]有，同樣會(huì)造成導(dǎo)電性的下降。因此，對(duì)于每個(gè)生長(zhǎng)的外延結(jié)構(gòu)，都存在最佳指狀臺(tái)面寬度和長(zhǎng)度。本發(fā)明用一個(gè)復(fù)雜的模型來確定克服電流擁堵效應(yīng)必需的指狀臺(tái)面寬度。最佳寬度與最佳長(zhǎng)度同時(shí)決定，因?yàn)檫@兩個(gè)變量是相關(guān)的。最佳寬度由半導(dǎo)體頂層和底層的遷移率、厚度、摻雜水平及耗盡寬度決定。對(duì)于6微米n-型氮化鎵層的使用的值，本發(fā)明已經(jīng)決定最佳的寬度為稍高于50微米。這就意味著若指狀物寬度顯著窄于50微米，則電流擁堵效應(yīng)就會(huì)占支配地位，電阻將會(huì)增加。因此，這就是用作最佳器件布局設(shè)計(jì)的下限值。指狀物的長(zhǎng)度用不同的方式來優(yōu)化。若指狀物長(zhǎng)度顯著的長(zhǎng)，則在其長(zhǎng)度方向上會(huì)產(chǎn)生電壓降，進(jìn)而造成驅(qū)動(dòng)力下降，電阻增加。因此，這只能通過將指狀物轉(zhuǎn)換成分立的電阻網(wǎng)絡(luò)來模型化和優(yōu)化。對(duì)單個(gè)的指狀物來說，最佳長(zhǎng)度接近于1600微米。根據(jù)所需器件總面積的不同，上述數(shù)值可以有微小的變化。若在圖4B中使用指狀物陣列，則其長(zhǎng)度可縮短為50微米。最后，指狀物間隔由n+氮化鎵層表面電阻和歐姆接觸電阻率決定，優(yōu)選為26微米。在設(shè)計(jì)臺(tái)面指狀物及其間隔中應(yīng)用的另外改進(jìn)之處在于，允許歐姆金屬過渡到臺(tái)面階梯上。這樣做是為了通過將歐姆金屬延伸到臺(tái)面邊緣來降低器件電阻。因?yàn)橛捎跉W姆金屬覆蓋了臺(tái)面但是仍距肖特基金屬有段距離(大于5微米)的事實(shí)，結(jié)果對(duì)準(zhǔn)該區(qū)域以沉積歐姆金屬具有大得多的容許偏差，因此器件的穩(wěn)定性(robustness)得以提高。這個(gè)距離已經(jīng)足夠防止該器件的歐姆金屬和肖特基金屬之間的短路。這樣也保證了臺(tái)面之間的器件所有區(qū)域都被歐姆金屬均勻地覆蓋，而這在具有很高臺(tái)面的器件中也許是個(gè)問題。另外，在經(jīng)蝕刻的區(qū)域覆蓋金屬，也降低了在經(jīng)蝕刻的表面上產(chǎn)生電弧(arcing)的可能性。圖5B是圖4A或4B中的B-B平面根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖5A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。圖5C是通過圖4A或4B的C-C平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的之氮化 鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖5A、圖5B同一階段時(shí)的肖特基鍵合金接觸。圖6A是通過圖4的A-A平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示在金屬(鋁)鍍層上添加二氧化硅或聚酰亞胺鈍化層的制造過程中隨后階段之后的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。二氧化硅可用濺射、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、旋涂玻璃等工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的方法沉淀。聚酰亞胺是一種與旋涂玻璃類似的旋涂固化涂層，具有很大的介電常數(shù)，能夠抵抗高電壓擊穿。圖6B是通過圖4的B-B平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖6A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。鈍化層覆蓋肖特基金屬接觸，然后該鈍化層經(jīng)過構(gòu)圖以露出到活性歐姆金屬或陰極的接觸鍵合焊盤。圖6C是通過圖4的C-C平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖6A、6B同一階段時(shí)的肖特基鍵合金層接觸，具有用于陽極的到活性肖特基金屬的鍵合焊盤開孔。圖7A是通過圖4B的A-A平面的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中隨后階段之后的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。在該階段中，鈍化層完全覆蓋在層狀結(jié)構(gòu)上，以防止存在于器件中的高電場(chǎng)電弧。采取這樣的保護(hù)措施對(duì)持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供可靠的器件工作來說是必要的。鈍化層還允許設(shè)置鍵各焊盤以使導(dǎo)線鍵合設(shè)置在器件的清楚限定的位置處，這樣，導(dǎo)線鍵合不會(huì)干擾到器件的工作。圖7B是通過圖4B的B-B平面的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示該器件制造過程中與圖7A同一階段時(shí)的歐姆鍵合金屬接觸。圖8A是通過圖4A的A-A平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示圖7A之后制造過程中隨后階段之后的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。進(jìn)行制造過程中的這個(gè)階段是為了給倒裝芯片結(jié)構(gòu)的管芯提供一個(gè)大的金屬焊盤區(qū)域。在此情況下，應(yīng)用僅比一個(gè)鍵合焊盤更大的金屬接觸以允許大的焊料或環(huán)氧連接(epoxy connection),這些內(nèi)容在與 2005 年 I 月 10 日提交的、名為 “PACKAGE FOR GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTORDEVICES”(“氮化鎵半導(dǎo)體裝置的封裝”)的專利申請(qǐng)No. 11/032,666中有所描述。
圖SB是通過圖4A的B-B平面的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中描述的氮化鎵二極管的詳細(xì)截面圖，表示制造過程中與圖8A同一階段時(shí)的肖特基鍵合金屬接觸的沉積。在2004年9月7日提交的申請(qǐng)?zhí)枮镹o. 10 / 935，000的相關(guān)美國(guó)專利申請(qǐng)中，描述了電阻保護(hù)環(huán)的應(yīng)用。在那篇申請(qǐng)中描述了制造保護(hù)環(huán)的兩種方法其一是自對(duì)準(zhǔn)保護(hù)環(huán)，其中肖特基金屬和歐姆金屬作為保護(hù)環(huán)的掩模(mask)，其二是肖特基金屬經(jīng)過沉積而重疊預(yù)先存在的保護(hù)環(huán)。這兩種方法都可以應(yīng)用，但是，本發(fā)明提供了第三種方法，利用自對(duì)準(zhǔn)過程，但是然后沉積第二肖特基金屬以能實(shí)現(xiàn)第一次重疊，雙肖特基工藝(doubleSchottky process)?？梢允褂脙煞N不同金屬以提供良好的正向電流傳導(dǎo),但是對(duì)所形成的金屬結(jié)構(gòu)邊緣提供較高的反向電壓保護(hù)。這種雙肖特基工藝提供了自對(duì)準(zhǔn)保護(hù)環(huán)所提供的提高對(duì)準(zhǔn)容許誤差的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，對(duì)于邊緣端子還提供了較高功函金屬的增加的靈活性。氮化鎵肖特基二極管常規(guī)的制作過程起始于注入步驟，接著是肖特基接觸，肖特 基接觸必須被正確地對(duì)準(zhǔn)以在注入?yún)^(qū)域上具有重疊區(qū)域。這是上述邊緣端子所必須的。但是，由于氮化鎵肖特基二極管優(yōu)選生長(zhǎng)于藍(lán)寶石襯底上，并且需要橫向電流傳導(dǎo)，因此它限制了肖特基接觸對(duì)注入?yún)^(qū)不對(duì)準(zhǔn)的容許誤差。本發(fā)明的第二肖特基金屬工藝，充分利用了自對(duì)準(zhǔn)注入的優(yōu)點(diǎn)。第二肖特基接觸邊緣下的注入?yún)^(qū)域是為了維持場(chǎng)擁堵效應(yīng)引起的大電場(chǎng)。由于隨著第二肖特基接觸勢(shì)壘高度的升高，所述器件的漏電流呈指數(shù)下降，因此本方法對(duì)器件性能還有另外一個(gè)實(shí)質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)。然而，勢(shì)壘高度的升高也會(huì)導(dǎo)致正向電壓降的升高，這是氮化鎵肖特基器件工作中不所需的特征。通過使用金屬鎳(具有較低的勢(shì)壘高度)作為第一肖特基金屬，用功函較高的鉬(意味著構(gòu)成較高的勢(shì)壘高度)作為第二肖特基金屬，由于大部分漏電流發(fā)生在場(chǎng)擁堵金屬邊緣，從而漏電流減小。在正向傳導(dǎo)模式中，電流傳導(dǎo)通過肖特基接觸的中心，并且正向電壓低于整個(gè)肖特基接觸都使用鉬的情況。這樣，期望這種雙肖特基金屬的方法在不犧牲器件反向特性的前提下提高器件的正向性能。本發(fā)明的另一方面涉及在圖5A-5C中有所描述的肖特基二極管金屬層204。低功函金屬，如鈦、招、銀，用于肖特基金屬疊層204上，以降低器件電阻。若低功函金屬與n-氮化鎵層表面接觸，在器件經(jīng)歷高溫環(huán)境時(shí)，器件性能會(huì)降低。提出兩種方法可以解決這個(gè)問題并保護(hù)n-氮化鎵層避免其性能降低應(yīng)用微小尺寸差別的兩個(gè)獨(dú)立的金屬沉積步驟；或者在肖特基金屬疊層下使用臺(tái)階介質(zhì)(step dielectric)。圖9A是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖，其中圖9A中的多層被同時(shí)沉積，因此具有同樣大小的尺寸。圖9B是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖，圖中描述了低功函金屬(如鋁)被沉積成比高功函金屬的初始肖特基接觸稍大。如上所述，圖9A、9B所示的接觸結(jié)構(gòu)會(huì)降低器件性能。圖9C是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。在此情況下，首先將保護(hù)環(huán)選擇性地安放在n-氮化鎵層表面上。這樣，低功函金屬就不會(huì)與n-氮化鎵層接觸，有利于提高器件的工作性能。圖9D是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。在此情況下，首先將鈍化層選擇性地安放在n-氮化鎵層和n+氮化鎵層表面上以防止活性的器件表面受到破壞或污染。這種方法通常稱之為場(chǎng)板(field plate)設(shè)計(jì)。這樣，低功函金屬就不會(huì)與n-氮化鎵層接觸，有利于提高器件的工作性能。大功函金屬，如鎳和鉬優(yōu)選作為氮化鎵肖特基二極管中的肖特基接觸金屬，雖然也可以使用其他高功函金屬和硅化物，如Au、Co、Pd、Mo、Cr、Rh、Re、PtSi和NiSi。為了在正向傳導(dǎo)模式中傳導(dǎo)高電流(大于4安培)，肖特基金屬的最小厚度是必需的。但是，由于鎳和鉬都是難熔金屬，應(yīng)用電子束蒸發(fā)沉積鎳、鉬厚層是不現(xiàn)實(shí)的。因此，簡(jiǎn)單而有效的方法就是應(yīng)用多層金屬疊層，這種多層金屬疊層包括先沉積肖特基金屬(優(yōu)選鎳)，然后是勢(shì)壘金屬(優(yōu)選鉬或金)，最后是高導(dǎo)電金屬(優(yōu)選鋁)。鋁作為高導(dǎo)電金屬的最佳選擇，是因?yàn)榫哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)1)鋁具有非常低的電阻，2)與封裝需求相容，3)容易沉積并且費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。這種多層金屬疊層方法的唯一缺陷在于，如果這些金屬同時(shí)沉積，二極管的性能會(huì)在溫度升高時(shí)降低。這就造成了器件工作中嚴(yán)重失效的模式，因?yàn)椋壭ぬ鼗鶓?yīng)在升高的溫度下(高達(dá)175°C — 300°C)工作，而其性能又不能持續(xù)下降。事實(shí)上，形成在圖5A所示的氮化鎵 頂部上的肖特基金屬疊層，可以形成為兩個(gè)尺寸稍有不同的沉積步驟。在多層金屬疊層的優(yōu)選實(shí)施方式中，沉積鎳/銅作為第一金屬疊層，其厚度為2000A/10000A;沉積鎳/鈦/鋁作為第二金屬疊層，其厚度為2000A/500A/32000A。鉬也可以用在鎳或鈦中，雖然沉積較厚的鉬層更困難，因而它不是優(yōu)選的。圖9D是根據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管肖特基接觸部分的放大截面圖。在此情況下，首先將鈍化層地安放在n-氮化鎵層和n+氮化鎵層表面整個(gè)上方。然后制作開孔以便接觸n-氮化鎵臺(tái)面結(jié)構(gòu)和n+氮化鎵表面，并且仍按前述方式沉積歐姆結(jié)觸和肖特基結(jié)觸層。并且與圖9C所示相同，低功函金屬不與n-氮化鎵層接觸，以利于提高器件的工作性能。圖9D還描述了在多層肖特基金屬疊層沉積之前，使用諸如二氧化硅、碳化硅或氧化鋁的介質(zhì)薄膜。在這種情況下，只有第一肖特基金屬層與n-氮化鎵層表面接觸。鋁由一定厚度的介質(zhì)與氮化鎵表面隔離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使經(jīng)過300°C的環(huán)境溫度，該氮化鎵肖特基器件的性能也不會(huì)降低。利用這種方法，我們可以用這種既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的多層金屬疊層作為肖特基結(jié)?？紤]使用該介質(zhì)層作為肖特基二極管的場(chǎng)板，無論單獨(dú)使用還是結(jié)合保護(hù)環(huán)，都會(huì)提高器件性能。通過改變?cè)撈骷拥暮穸?，肖特基金屬邊緣的大電?chǎng)會(huì)降低。本發(fā)明的另一方面涉及氮化鎵肖特基二極管頂層的替代材料的使用。大多數(shù)物肖特基二極管是基于氮化鎵的器件。在這樣的器件中，肖特基金屬接觸形成在氮化鎵結(jié)構(gòu)的氮化鎵表面上，歐姆金屬結(jié)觸形成在氮化鎵器件的另一層上。典型地，肖特基接觸形成在較低摻雜的n型層上，歐姆結(jié)觸形成在高濃度的n+氮化鎵層上。本發(fā)明提供了一種具有鋁鎵氮頂層的肖特基二極管，該鋁鎵氮頂層或者代替或者附加在于其上形成肖特基接觸的GaN頂層上。正如本技術(shù)方案所使用的，術(shù)語“鋁鎵氮半導(dǎo)體層”是指符合公式AlxGa(1_x)N的化合物半導(dǎo)體材料，其中X是從0到I，包括0和I。鋁鎵氮層可能未摻雜或n-型摻雜，其濃度為IXlO1Vcm3到2X1016m3。金屬一摻雜的半導(dǎo)體結(jié)的整流特性是由接觸電位差產(chǎn)生的，而接觸電位差基于接觸金屬層和半導(dǎo)體本體以及半導(dǎo)體表面態(tài)各自的功函不同。當(dāng)器件反向偏置時(shí)，反向會(huì)有少量漏電流。當(dāng)反向偏置電壓足夠高時(shí)，高強(qiáng)度電場(chǎng)濃度會(huì)升高，進(jìn)而造成器件的雪崩擊穿。在二極管結(jié)構(gòu)中使用鋁鎵氮層，與氮化鎵二極管相比更有希望得到高的擊穿電壓。準(zhǔn)確的招鎵氮擊穿電壓值可以用電離系數(shù)(ionization coefficients)的表達(dá)式來計(jì)算，這個(gè)表達(dá)式也用于計(jì)算氮化鎵材料。T.P. Chow提出的良好近似是臨界場(chǎng)值與能帶隙的平方成比例。通過這個(gè)近似和費(fèi)伽定律(Vegard’s law)，可以估算出限定鋁濃度下的臨界場(chǎng)EcrA1GaN=(EgA1GaN)2/EcrGaN目前，鋁鎵氮肖特基二極管是橫向傳導(dǎo)器件。在本發(fā)明中鋁鎵氮結(jié)構(gòu)存在于臺(tái)面結(jié)構(gòu)上。在臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層的至少一個(gè)區(qū)域在形成金屬接觸之前經(jīng)過構(gòu)圖或蝕刻，以限定半導(dǎo)體本體中至少一個(gè)下接觸表面，以及當(dāng)臺(tái)面結(jié)構(gòu)從深層表面向上突起時(shí)，限定至少一個(gè)臺(tái)面。典型地，下表面是歐姆接觸的所在位置，而上表面則是肖特基接觸的所在位置。
應(yīng)該明白上述任意一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)結(jié)合在一起的元件可以在不同于上述類型的其它類型結(jié)構(gòu)中找到有用的應(yīng)用。盡管已經(jīng)以氮化鎵半導(dǎo)體器件實(shí)施的方式說明和描述了本發(fā)明，但不希望限定于所示出的細(xì)節(jié)，因?yàn)榭梢栽诓槐畴x本發(fā)明的精神的情形下進(jìn)行各種修正和結(jié)構(gòu)的改變。沒有進(jìn)一步的分析，上述已經(jīng)完整地揭示了本發(fā)明的要義，其他人可以在不省略特征的情況下通過應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)而容易地使之適用于各種應(yīng)用，上述特征是指，從現(xiàn)有技術(shù)觀點(diǎn)中，恰當(dāng)?shù)奶釤挸霰景l(fā)明一般的或特定方面的實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)，因此，這樣的適用應(yīng)該并且確定理解為落入下述權(quán)利要求等同的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化鎵的半導(dǎo)體二極管，包括 襯底； 設(shè)置在所述襯底上的n+摻雜氮化鎵層，厚度為1-6微米； 設(shè)置在所述n+氮化鎵層上的n-摻雜氮化鎵層，厚度大于I微米，其中所述n-摻雜氮化鎵層被構(gòu)圖為一系列平行且細(xì)長(zhǎng)的臺(tái)面指狀區(qū)域，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度為至少30微米、但小于200微米；以及 設(shè)置在所述n-摻雜氮化鎵層上并與之形成肖特基結(jié)的金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述金屬層包括下述金屬的其中一種鎳、鉬、 金、鈷、鈕、鑰、鉻、錯(cuò)、錸、娃化鉬及娃化鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述n+摻雜氮化鎵層摻雜雜質(zhì)的濃度至少為IO18/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述n-摻雜氮化鎵層摻雜雜質(zhì)的濃度范圍為5 X IO14/cm3 至 5 X IO17/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，還包括設(shè)置在部分n+層上的金屬層，并在所述n+氮化鎵層上制成歐姆接觸，以形成該器件的接觸鍵合表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述細(xì)長(zhǎng)的指狀區(qū)域大致從其共同的中心區(qū)域沿相反的方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，其擊穿電壓至少為200伏，但低于500伏，其中指狀物之間的間隔在5-150微米之間，指狀物的長(zhǎng)度在50-9600微米之間，并且所得的二極管具有低于2伏的正向電壓以及至少4安培的電流容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，其擊穿電壓大于500伏，其中指狀物之間的間隔在5-150微米之間，指狀物的長(zhǎng)度在50-9600微米之間，并且所得的二極管具有低于3伏的正向電壓以及至少I安培的電流容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，其中每個(gè)指狀區(qū)域的長(zhǎng)度接近1600微米，并且所得的二極管具有大于500伏的擊穿電壓以及超過I安培的電流容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，其中每個(gè)指狀區(qū)域的長(zhǎng)度接近1600微米，并且所得的二極管具有大于200伏但小于500伏的擊穿電壓以及超過4安培的電流容量。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，具有至少200伏但低于500伏的擊穿電壓，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度接近50微米，指狀物間距接近26微米，并且所得的二極管具有低于2伏的正向電壓以及超過4安培的電流容量。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，具有至少500伏的擊穿電壓，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度接近50微米，指狀物間距接近26微米，并且所得的二極管具有低于3伏的正向電壓以及超過I安培的電流容量。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，還包括設(shè)置于所述n-層和所述金屬層之間的鋁鎵氮層。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，還包括沉積在金屬層上的鋁接觸層，該鋁接觸層在每個(gè)指狀區(qū)域上延伸，以形成大的低電阻器件接觸鍵合表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述襯底為藍(lán)寶石。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二極管，其中所述襯底為硅。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二極管，還包括設(shè)置于n-摻雜氮化鎵層上的構(gòu)圖介質(zhì)層，以防止鋁接觸層與n-摻雜氮化鎵層之間形成接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二極管，其中所述金屬層形成器件的一個(gè)端子的倒裝芯片鍵合表面，以使二極管在其活性表面正對(duì)管芯安裝面的情形下進(jìn)行封裝。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的二極管，其中所述鋁接觸層形成器件的一個(gè)端子的倒裝芯片鍵合表面，以使二極管在其活性表面正對(duì)管芯安裝面的情形下進(jìn)行封裝。
20.—種制造基于鎵的半導(dǎo)體二極管的方法,包括 提供襯底； 在所述襯底上形成厚度在1-6微米之間的n+摻雜氮化鎵層； 在形成于所述襯底上的所述n+摻雜氮化鎵層上形成厚度大于I微米的n-氮化鎵層，其中所述n-摻雜氮化鎵層被構(gòu)圖為一系列平行且細(xì)長(zhǎng)的臺(tái)面指狀區(qū)域，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度為至少30微米、但小于200微米； 在所述n-摻雜氮化鎵層上形成金屬層以與之形成肖特基結(jié)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在至少部分n+層上沉積金屬層，以便與所述n+氮化鎵層形成歐姆接觸，并形成器件的接觸鍵合表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度接近50微米，間隔在5到150微米之間，并且所得的二極管具有低于3伏的正向電壓以及至少I安培的電流容量、大于500伏的擊穿電壓。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，每個(gè)指狀區(qū)域的寬度接近50微米，間隔在5到150微米之間，并且所得的二極管在具有低于2伏的正向電壓以及至少4安培的電流容量、200-500伏之間的擊穿電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括對(duì)襯底減薄至小于IOmils的厚度，以降低器件熱耗散的襯底熱阻。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)指狀區(qū)域大致從其共同的中心區(qū)域沿相反的方向延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的方法，還包括形成沉積在金屬層上的接觸層，該接觸層在每個(gè)指狀區(qū)域上延伸，以形成大的低電阻器件接觸鍵合表面。
全文摘要
一種基于氮化鎵的半導(dǎo)體肖特基二極管，由以下層制造而成設(shè)置在藍(lán)寶石襯底上厚度為1-6微米之間的n+摻雜氮化鎵層；設(shè)置在所述n+氮化鎵層之上的厚度大于1微米的n-摻雜氮化鎵層，經(jīng)過構(gòu)圖成為多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的指狀物；設(shè)置在n-摻雜氮化鎵層上并與之形成肖特基結(jié)的金屬層。選擇優(yōu)化各層的厚度以及細(xì)長(zhǎng)指狀物的長(zhǎng)度和寬度以實(shí)現(xiàn)擊穿電壓大于500伏、電流容量超過1安培的以及正向電壓低于3伏的器件。
文檔編號(hào)H01L31/0304GK102751335SQ201210216208
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
發(fā)明者劉琳藺, 布賴恩·S.·謝爾頓, 朱廷剛, 理查德·A.·斯托爾, 米蘭·波弗里斯迪克, 邁克爾·墨菲, 馬克·戈特弗里德, 馬萊克·K.·帕比茲 申請(qǐng)人:電力集成公司