專利名稱：一種新型GaAs肖特基二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及其制作方法，尤其涉及一種新型GaAs肖特基二 極管及其制作方法，屬于應(yīng)用于微波器件的二極管技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
肖特基勢壘二極管是微波倍頻電路中常用的一種非線性器件。作為一種變?nèi)荻O 管，GaAs肖特基二極管有結(jié)構(gòu)簡單、易于制作、變?nèi)荼却?、非線性強(qiáng)等優(yōu)點，所以多應(yīng)用于毫 米波、亞毫米波范圍內(nèi)的倍頻電路上。傳統(tǒng)的GaAs肖特基二極管，金屬層與N型層GaAs表面直接接觸，但是受到N型層 GaAs表面態(tài)的影響，金屬層與N型層GaAs表面之間的接觸勢壘大大降低，增大了 GaAs肖特 基二極管的反向漏電流，從而嚴(yán)重影響了 GaAs肖特基二極管在反偏電壓下的電容特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有GaAs肖特基二極管的反向漏電流較大，從而嚴(yán)重影響了 GaAs肖 特基二極管在反偏電壓下的電容特性的不足，提供了一種新型GaAs肖特基二極管及其制 作方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種新型GaAs肖特基二極管包括 GaAs絕緣襯底，設(shè)置于所述GaAs絕緣襯底上的重?fù)诫sN型層和下電極，設(shè)置于所述重?fù)诫s N型層上的N型層，設(shè)置于所述N型層上的介質(zhì)層，設(shè)置于所述介質(zhì)層上的上電極，其中，所 述N型層在所述重?fù)诫sN型層上形成臺面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫sN型層在所述GaAs絕緣襯底上 形成臺面結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述介質(zhì)層為Si3N4介質(zhì)層。進(jìn)一步，所述上電極采用Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述下電極采用Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述肖特基二極管還包括設(shè)置于所述GaAs絕緣襯底、重?fù)诫sN型層、下電 極和上電極上的隔離層，所述隔離層在所述下電極和上電極上形成引線窗口，所述引線窗 口處形成引線金屬層。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種新型GaAs肖特基二 極管的制作方法包括以下步驟步驟10 在GaAs絕緣襯底上通過外延生長形成重?fù)诫sN型層；步驟20 在所述重?fù)诫sN型層上通過外延生長形成N型層；步驟30 采用濕法刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層上的N型層的面積，使得所述N型 層在所述重?fù)诫sN型層上形成臺面結(jié)構(gòu)；步驟40 在所述N型層上淀積形成介質(zhì)層；步驟50 在所述重?fù)诫sN型層和N型層上通過蒸發(fā)形成下電極和上電極；步驟60 采用濕法刻蝕減小在所述GaAs絕緣襯底上的重?fù)诫sN型層的面積，使得所述重?fù)诫sN型層在所述GaAs絕緣襯底上形成臺面結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述介質(zhì)層為Si3N4介質(zhì)層。進(jìn)一步，所述步驟50中在所述重?fù)诫sN型層上通過蒸發(fā)形成下電極的步驟具體 為在所述重?fù)诫sN型層上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/ Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述步驟50中在所述N型層上通過蒸發(fā)形成上電極的步驟具體為在所 述N型層上依次蒸發(fā)金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述制作方法進(jìn)一步包括所述重?fù)诫sN型層在所述GaAs絕緣襯底上 形成臺面結(jié)構(gòu)后，在整個GaAs肖特基二極管的表面淀積形成隔離層，再采用干法刻蝕，將 所述下電極和上電極表面淀積的隔離層刻蝕掉，從而形成引線窗口，最后，在所述引線窗口 處，通過電鍍的方法形成引線金屬層。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，在形成肖特基接觸的金屬半導(dǎo)體界面處加 入一介質(zhì)層，就可以在不增加工藝難度的情況下，提高了接觸勢壘，減少表面缺陷態(tài)對肖特 基勢壘的影響，減少反向漏電流，提高GaAs肖特基二極管的反向變?nèi)荼?，從而使GaAs肖特 基二極管在反偏電壓下表現(xiàn)正常的可變電容特性。2、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，因為介質(zhì)層的引入，與傳統(tǒng)的肖特基二極管 相比較，其變?nèi)荼让黠@增大，增強(qiáng)了非線性，這種二極管應(yīng)用在倍頻電路中能產(chǎn)生更高的倍 頻效率。3、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，保留了傳統(tǒng)二級管結(jié)構(gòu)簡單，易于制作的優(yōu) 點，并與傳統(tǒng)GaAs肖特基二極管的制作工藝兼容，在改善性能的基礎(chǔ)上并未提高成本。


圖1為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二二極I 的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二二極I 的另一結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二二極I 的C-V曲線圖4為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二二極I 的I-V曲線圖5為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二二極I 制作方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述肖 特基二極管包括GaAs絕緣襯底101，設(shè)置于所述GaAs絕緣襯底101上的重?fù)诫sN型層102 和下電極106，設(shè)置于所述重?fù)诫sN型層102上的N型層103，設(shè)置于所述N型層103上的 介質(zhì)層104，設(shè)置于所述介質(zhì)層104上的上電極105，其中，所述N型層103在所述重?fù)诫sN 型層102上形成臺面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫sN型層102在所述GaAs絕緣襯底101上形成臺面結(jié) 構(gòu)。所述介質(zhì)層104為Si3N4介質(zhì)層。所述上電極105采用Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)，其中，11、？{和411三層金屬的厚度之比11/ ^^11=1 1 12。在本實施例中，所述Ti、 Pt和Au三層金屬的厚度依次為250 、250 和3000 。所述下電極106采用Ni/Ge/Au/Ge/ Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)，其中，Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au六層金屬的厚度之比Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au = 4 4 66 8 3 220。在本實施例中，所述 Ni、Ge、 Au、Ge、Ni和Au六層金屬的厚度依次為40 、40 、660 、80 、30 和2200 。圖2為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所 述肖特基二極管還包括設(shè)置于所述GaAs絕緣襯底101、重?fù)诫sN型層102、下電極106和上 電極105上的隔離層107，所述隔離層107在所述下電極106和上電極105上形成引線窗 口，所述引線窗口處形成引線金屬層108。所述隔離層107為Si3N4隔離層。在本實施例中，所述Si3N4隔離層的厚度為3000 。 所述引線金屬層108的材質(zhì)為Au。圖3為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管的C-V曲線圖，圖4為本發(fā)明實施例 新型GaAs肖特基二極管的I-V曲線圖。如圖3所示，所述GaAs肖特基二極管在偏壓為2V 時，對應(yīng)的最大電容Cmax為6. 5fF/ μ m2，偏壓為-IV時，對應(yīng)的最小電容Cmin為IfF/ μ m2， 因此Cmax/Cmin = 6. 5，由此可見，本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管的C-V特性有明 顯的改善。如圖4所示，所述GaAs肖特基二極管在偏壓為-3V時，對應(yīng)的反向電流大小為 10_5A量級，相比于傳統(tǒng)的GaAs肖特基二極管，本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管的I_V 特性有明顯的改善。圖5為本發(fā)明實施例新型GaAs肖特基二極管制作方法的流程圖。如圖5所示，結(jié) 合圖1，所述制作方法包括以下步驟步驟10 在GaAs絕緣襯底101上通過外延生長形成重?fù)诫sN型層102。步驟20 在所述重?fù)诫sN型層102上通過外延生長形成N型層103。步驟30 采用濕法刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層102上的N型層103的面積，使 得所述N型層103在所述重?fù)诫sN型層102上形成臺面結(jié)構(gòu)。步驟40 在所述N型層103上淀積形成介質(zhì)層104。所述介質(zhì)層104為Si3N4介質(zhì)層。步驟50 在所述重?fù)诫sN型層102和N型層103上通過蒸發(fā)形成下電極106和上 電極105。在所述重?fù)诫sN型層102上通過蒸發(fā)形成下電極106的過程為在所述重?fù)诫sN 型層102上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六層金屬 結(jié)構(gòu)。在所述重?fù)诫sN型層102上通過蒸發(fā)形成上電極105的過程為在所述N型層103 上依次蒸發(fā)金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。步驟60 采用濕法刻蝕減小在所述GaAs絕緣襯底101上的重?fù)诫sN型層102的 面積，使得所述重?fù)诫sN型層102在所述GaAs絕緣襯底101上形成臺面結(jié)構(gòu)。所述制作方法進(jìn)一步包括所述重?fù)诫sN型層102在所述GaAs絕緣襯底101上形 成臺面結(jié)構(gòu)后，在整個GaAs肖特基二極管的表面淀積形成Si3N4隔離層107，再采用干法刻 蝕，將所述下電極106和上電極105表面淀積的部分Si3N4隔離層107刻蝕掉，從而形成引 線窗口，最后，在所述引線窗口處，通過電鍍的方法生長Au形成引線金屬層108。
本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管具有以下有益效果1、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，在形成肖特基接觸的金屬半導(dǎo)體界面處加 入一介質(zhì)層，就可以在不增加工藝難度的情況下，提高了接觸勢壘，減少表面缺陷態(tài)對肖特 基勢壘的影響，減少反向漏電流，提高GaAs肖特基二極管的反向變?nèi)荼?，從而使GaAs肖特 基二極管在反偏電壓下表現(xiàn)正常的可變電容特性。2、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，因為介質(zhì)層的引入，與傳統(tǒng)的肖特基二極管 相比較，其變?nèi)荼让黠@增大，增強(qiáng)了非線性，這種二極管應(yīng)用在倍頻電路中能產(chǎn)生更高的倍 頻效率。3、本發(fā)明的新型GaAs肖特基二極管，保留了傳統(tǒng)二級管結(jié)構(gòu)簡單，易于制作的優(yōu) 點，并與傳統(tǒng)GaAs肖特基二極管的制作工藝兼容，在改善性能的基礎(chǔ)上并未提高成本。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型GaAs肖特基二極管，包括GaAs絕緣襯底(101)，設(shè)置于所述GaAs絕緣襯 底(101)上的重?fù)诫sN型層(102)和下電極(106)，設(shè)置于所述重?fù)诫sN型層(102)上的N 型層(103)，其特征在于，所述肖特基二極管還包括介質(zhì)層(104)，所述介質(zhì)層(104)設(shè)置于 所述N型層(10 上，所述介質(zhì)層(104)上還設(shè)置有上電極(105)，其中，所述N型層(103) 在所述重?fù)诫sN型層(10 上形成臺面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫sN型層(10 在所述GaAs絕緣襯 底(101)上形成臺面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型GaAs肖特基二極管，其特征在于，所述介質(zhì)層(104)為 Si3N4介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型GaAs肖特基二極管，其特征在于，所述上電極(105)采 用Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型GaAs肖特基二極管，其特征在于，所述下電極(106)采 用Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型GaAs肖特基二極管，其特征在于，所述肖特基二極管還 包括設(shè)置于所述GaAs絕緣襯底(101)、重?fù)诫sN型層(102)、下電極(106)和上電極(105) 上的隔離層(107)，所述隔離層(107)在所述下電極(106)和上電極(105)上形成引線窗 口，所述引線窗口處形成引線金屬層(108)。
6.一種新型GaAs肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步驟步驟10 在GaAs絕緣襯底(101)上通過外延生長形成重?fù)诫sN型層(102)；步驟20:在所述重?fù)诫sN型層(10 上通過外延生長形成N型層(103)；步驟30:采用濕法刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層(10 上的N型層(10 的面積，使 得所述N型層(10 在所述重?fù)诫sN型層(10 上形成臺面結(jié)構(gòu)；步驟40:在所述N型層(10 上淀積形成介質(zhì)層(104)；步驟50 在所述重?fù)诫sN型層(10 和N型層(103)上通過蒸發(fā)形成下電極(106)和 上電極(105)；步驟60:采用濕法刻蝕減小在所述GaAs絕緣襯底(101)上的重?fù)诫sN型層(102)的 面積，使得所述重?fù)诫sN型層(10 在所述GaAs絕緣襯底(101)上形成臺面結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型GaAs肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述介質(zhì) 層(104)為Si3N4介質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型GaAs肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述步驟 50中在所述重?fù)诫sN型層(10 上通過蒸發(fā)形成下電極(106)的步驟具體為在所述重?fù)?雜N型層(102)上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六 層金屬結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型GaAs肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述步驟 50中在所述N型層(10 上通過蒸發(fā)形成上電極(10 的步驟具體為在所述N型層(103) 上依次蒸發(fā)金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型GaAs肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述制 作方法進(jìn)一步包括所述重?fù)诫sN型層(102)在所述GaAs絕緣襯底(101)上形成臺面結(jié)構(gòu) 后，在整個GaAs肖特基二極管的表面淀積形成隔離層(107)，再采用干法刻蝕，將所述下電極(106)和上電極(105)表面淀積的隔離層(107)刻蝕掉，從而形成引線窗口，最后，在所 述引線窗口處，通過電鍍的方法形成引線金屬層(108)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型GaAs肖特基二極管及其制作方法，屬于應(yīng)用于微波器件的二極管技術(shù)領(lǐng)域。所述肖特基二極管包括GaAs絕緣襯底，設(shè)置于GaAs絕緣襯底上的重?fù)诫sN型層和下電極，設(shè)置于重?fù)诫sN型層上的N型層，設(shè)置于N型層上的介質(zhì)層，設(shè)置于介質(zhì)層上的上電極，其中，N型層在重?fù)诫sN型層上形成臺面結(jié)構(gòu)，重?fù)诫sN型層在GaAs絕緣襯底上形成臺面結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明提供的新型GaAs肖特基二極管，可以在不增加工藝難度的情況下，減少表面態(tài)對勢壘的影響，減少反向漏電流，提高GaAs肖特基二極管的反向變?nèi)荼?，從而使GaAs肖特基二極管在反偏電壓下表現(xiàn)正常的可變電容特性。
文檔編號H01L29/47GK102088038SQ20091031099
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張海英, 楊浩, 田超, 董軍榮, 黃杰 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所