[发明专利]具有低开启电压的磷化铟肖特基装置及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及肖特基二极管，更特别地，涉及用磷化铟(InP)半导体材料制成的肖特基二极管。

背景技术

对于GaAs和Si技术而言，肖特基二极管是人尽皆知的。一些基于Si的肖特基二极管具有相当低的开启电压，但存在着高的串联电阻和相当差的频率响应。基于Si的肖特基二极管不容易集成到基于InP的半导体器件中。

肖特基二极管经常需要低的开启电压，尤其是应用于混频器时。1997年9月9日授予H·布鲁格的专利号为5,665,999的美国专利指出，具有低开启电压的肖特基二极管在本地振荡器中能实现低的转换损耗而不需要高的抽取能力，并且不需要施加偏置电压，而偏置电压会导致汤森电流啸叫(Townsend current-hum)干扰。一个具有较低开启电压的GaAs肖特基装置的制造方法是这样的：在GaAs基片上覆以等级化的In_xGa_(1-x)As，而In的含量x沿金属接触面方向连续增加。其与InP的兼容性并未指明，并且，这种制造过程会造成空间变化的晶格失配，所以认为该过程对于InP技术而言具有潜在的不可靠性。

关于肖特基二极管与InP半导体技术相兼容是众所周知的。例如，1997年7月29日授予E·马丁等人的专利号为5,652,435的美国专利描述了一种肖特基二极管光检测器，其中，光敏InGaAs层的正面与背面覆以InAlAs阻流层。该装置与传统的GaAs肖特基二极管相似，具有相当高的开启电压。

在《Au/In_xAl_1-xAs肖特基势垒高度与其构成之相关性(Compositiondependence of Au/In_xAl_1-xAs Schottky barrier heights)》一文中，C·L·林等人对肖特基势垒高度与覆盖于InP基片之上的In_xAl_1-x材料中In所占比例之间的关系做了一些研究，该文载于1986年12月8日第49期《应用物理通信(Applied Physics Letters49(23))》(23)的第1593页至1595页。林对于0.45≤x≤0.55之间的化合物进行了测试，而该范围内的化合物均产生了相当高的肖特基势垒。

使用等级化超晶格肖特基层且与InP兼容的肖特基二极管也是广为人知的。例如，1993年3月30日授予C.-S.吴等人的专利号为5,198,682的美国专利描述了一种红外光检测器，该红外光检测器使用了一种具有等级化掺杂物浓度的超晶格，从而产生一个内场，有助于光激活载流子的收集。在1989年5月第54期《应用物理通信》第1863页至1865页，李等人指出，使用等级化的InGaAs/InAlAs超晶格可以获得增强的肖特基势垒高度。1996年11月5日授予Shimizu等人的专利号为5,572,043的美国专利，描述了另外一种基于SL的肖特基二极管，该二极管使用了不同的晶格失配化合物子层，并改变了应变层的压力与张力来平衡晶格失配。这三份参考文献中所描述的肖特基二极管都具有相对较高的开启电压，约为0.6V到0.7V。

众所周知，与InP兼容的肖特基二极管具有高的开启电压。例如，1984年9月11日授予C.Chen等人的专利号为4,471,367的美国专利描述了一种MESFET栅肖特基结构，该结构包括一个薄的重掺杂的InGaAs层覆盖于一个轻掺杂的InGaAs层上，具有渐增的势垒高度。另一个例子是1990年9月4日授予W.Chan的专利号为4,954,851的美国专利，该专利描述了一种在InAlAs层上覆以含镉层的肖特基二极管。含镉层增强了二极管的势垒高度。

所以，具有较低开启电压的肖特基二极管是存在的，然而，这些二极管是否与基于InP的制造技术相兼容却是不得而知。与InP相兼容的肖特基二极管也是有的，但都是传统的，或者说都具有高的开启电压。可是，基于InP的制造工艺是可取的，并且，具有低开启电压的肖特基二极管在某些应用场合特别有用，例如高频混频器。因此，需要寻找一种能与InP制造工艺相兼容的具有低开启电压的肖特基二极管及其制造方法。

发明内容

本发明的提供了具有低开启电压且与基于InP制造工艺相兼容的肖特基二极管，这是通过使用一种与InP晶格相兼容的肖特基层实现，其与肖特基金属层相邻且提供相对较低的肖特基势垒高度，从而产生低的开启电压。