一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管，包括：衬底层；外延层，位于衬底层上层；欧姆接触层，位于外延层中间的上层；第一漂移区，位于欧姆接触层中间的上层；第二漂移区，位于第一漂移区上层；雪崩区，位于第二漂移区上层；欧姆接触电极，位于欧姆接触层两侧和欧姆接触层两侧的上层；第一钝化层，位于欧姆接触层上层和欧姆接触电极上层，且位于第一漂移区两侧、第二漂移区两侧和雪崩区两侧；第二钝化层，位于第一钝化层上层；肖特基接触电极，位于雪崩区上层和第二钝化层上层。本发明专利技术提出的二极管，提高了雪崩区载流子电离率，雪崩效应被限制在雪崩区，减小了雪崩区宽度，改善了功率输出能力。

IMPATT Diode with Double Heterojunction and Composite Passivation Layer and Its Fabrication Method

The invention relates to an IMPATT diode with a double heterojunction and a composite passivation layer, which comprises: a substrate layer; an epitaxy layer, located on the upper layer of the substrate layer; an ohmic contact layer, located on the upper layer of the middle of the epitaxy layer; a first drift zone, located on the upper layer of the middle of the ohmic contact layer; a second drift zone, located on the upper layer of the first drift zone; an avalanche zone, located on the upper layer of the second drift zone; and an ohmic contact electrode. The first passivation layer is located on both sides of the ohmic contact layer and the upper layer of the ohmic contact layer; the first passivation layer is located on the upper layer of the ohmic contact layer and the upper layer of the ohmic contact electrode, and on both sides of the first drift zone, the second drift zone and the avalanche zone; the second passivation layer is located on the upper layer of the first passivation layer; and the Schottky contact electrode is located on the upper layer of the avalanche zone and the upper layer of the second passivation layer. The diode of the invention improves the carrier ionization rate in the avalanche area, restricts the avalanche effect in the avalanche area, reduces the width of the avalanche area, and improves the power output ability.

【技术实现步骤摘要】
一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制作方法
本专利技术属于半导体技术和半导体制造领域，具体涉及一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制作方法。
技术介绍
近年来，以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体，因其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、热导率高、击穿场强高、耐腐蚀及抗辐射能力强等优异的物理和化学特性，逐渐成为制作微波大功率器件的首选材料。大量研究表明，与传统的III-V族化合物半导体GaAs相比，基于GaN材料的碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管，是双端固态源电子器件中效率最高、功率最大的一种电子器件，并且能够工作于毫米波及太赫兹波段，因而被广泛应用于通信、雷达、医学等军民领域。IMPATT二极管的结构主要包括单漂移区二极管、双漂移区二极管、双雪崩区二极管、高-低结构及低-高-低结构二极管。制造材料涵盖第一代半导体Si和Ge，第二代半导体GaAs，以及第三代半导体材料中的SiC和GaN。对于IMPATT二极管来说，雪崩区载流子的电离率及雪崩区宽度是影响IMPATT二极管功率及效率的重要因素，雪崩区载流子电离率越高，雪崩区宽度越小，IMPATT二极管效率就越高。但目前报道的异质结IMPATT二极管结构，其主要特点是使用了不同的异质结材料，如Si/SiGe异质结、n-Si-Ge/p-Ge-Si异质结、AlGaAs/GaAs异质结、GaAs/GaInP异质结等双漂移区二极管结构，虽然在一定程度上降低了雪崩区宽度，提高了器件的输出功率及效率，但由于Si、Ge、GaAs材料的禁带宽度较小，使得基于这些材料制造的异质结，在提高雪崩区载流子电离率和限制雪崩效应发生上仍存在一定程度的缺陷。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管，包括：衬底层；外延层，位于所述衬底层上层；欧姆接触层，位于所述外延层中间的上层；第一漂移区，位于所述欧姆接触层中间的上层；第二漂移区，位于所述第一漂移区上层；雪崩区，位于所述第二漂移区上层；欧姆接触电极，位于所述欧姆接触层两侧及所述欧姆接触层两侧的上层；第一钝化层，位于所述欧姆接触层上层和所述欧姆接触电极上层，且位于所述第一漂移区两侧、所述第二漂移区两侧和所述雪崩区两侧；第二钝化层，位于所述第一钝化层上层；肖特基接触电极，位于所述第二钝化层上层。在本专利技术的一个实施例中，所述欧姆接触层材料为n+-GaN，厚度为100nm～200nm。在本专利技术的一个实施例中，所述第一漂移区材料为n-GaN，厚度为300nm～500nm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二漂移区材料为n-AlGaN，厚度为30nm～50nm，Al的摩尔组份为20％～60％。在本专利技术的一个实施例中，所述雪崩区材料为n-GaN，厚度为30nm～50nm。在本专利技术的一个实施例中，所述欧姆接触电极材料为Ti/Al/Ni/Au多层金属，总厚度为100nm～200nm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二钝化层的相对介电常数范围为10～200，且所述第一钝化层的相对介电常数低于所述第二钝化层的相对介电常数。在本专利技术的一个实施例中，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度之和等于所述第一漂移区、所述第二漂移区和所述雪崩区的厚度之和，且所述第二钝化层的厚度小于所述雪崩区的厚度。在本专利技术的一个实施例中，所述肖特基接触电极材料为Ni/Au双层金属，总厚度为100nm～200nm。本专利技术另一个实施例提供了一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管的制作方法，包括：S1、选取SiC衬底片作为初始材料，形成衬底层；S2、在所述衬底层上层形成外延层；S3、在所述外延层上层形成n+-GaN层；S4、在所述n+-GaN层上层形成第一n-GaN层；S5、在所述第一n-GaN层上层形成第一n-AlGaN层；S6、在所述第一n-GaN层上层形成第二n-GaN层；S7、刻蚀所述n+-GaN层、所述第一n-GaN层、所述第一n-AlGaN层和所述第二n-GaN层，形成欧姆接触层、第三n-GaN层、第二n-AlGaN层和第四n-GaN层；S8、刻蚀所述第三n-GaN层、所述第二n-AlGaN层和所述第四n-GaN层，形成第一漂移区、第二漂移区和雪崩区；S9、在所述外延层与所述欧姆接触层形成的台阶状环形台面上形成欧姆接触电极；S10、在所述欧姆接触电极上层形成第一钝化层；S11、在所述第一钝化层上层形成第二钝化层；S12、在所述雪崩区和所述第二钝化层上层形成肖特基接触电极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术提出的二极管，在复合钝化层两端淀积了电极，加上电压后，复合钝化层中将有极高的电场强度，此电场能够调节IMPATT二极管中电场的分布。由于在靠近肖特基结处采用了高介电常数的钝化层，使得IMPATT二极管中肖特基结处的电场比没有钝化层时的电场更高、更平滑，从而有效地提高了雪崩区中载流子的电离率；在漂移区，由于外部被低介电常数的钝化层包围，低介电常数的钝化层中的电场使得IMPATT二极管漂移区中的电场更加均匀，保证了载流子在漂移区以更稳定的饱和漂移速度运动，从而改善IMPATT二极管工作的功率及频率。2.本专利技术提出的二极管，采用了双漂移区结构，第二漂移区采用大禁带宽度的AlGaN材料，与传统的同质结IMPATT二极管相比，大禁带宽度的半导体因具有更高的击穿电压，从而使得雪崩效应被严格限制在雪崩区，起到了很好的终止雪崩效应，减小雪崩区宽度的目的。雪崩区宽度小，降落在雪崩区上的电压就低，而降落在漂移区上的电压将变大，效率就会增大。3.本专利技术提出的二极管，包含两个异质结，其中n-AlGaN第二漂移区与n-GaN第一漂移区形成的下AlGaN/GaN异质结处，由于氮化物的极化效应而存在较高的二维电子气密度，从而增加了第二漂移区中载流子的数量，也就增大了IMPATT二极管的外部电流，从而增大IMPATT二极管的功率输出能力。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制备方法中二极管的管芯剖面示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制备方法中二极管的欧姆接触电极的俯视示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制备方法中二极管的肖特基接触电极的俯视示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制备方法中去除肖特基接触电极之后的俯视示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的制备方法的流程示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的制备方法的工艺流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一参照图1，图1为本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管及其制备方法中二极管的示意图。本专利技术实施例提供的一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管，包括：衬底层1；外延层2，位于衬底层1上层；欧姆接触层3，位于外延层1中间的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管，其特征在于，包括：衬底层(1)；外延层(2)，位于所述衬底层(1)上层；欧姆接触层(3)，位于所述外延层(2)中间的上层；第一漂移区(4)，位于所述欧姆接触层(3)中间的上层；第二漂移区(5)，位于所述第一漂移区(4)上层；雪崩区(6)，位于所述第二漂移区(5)上层；欧姆接触电极(7)，位于所述欧姆接触层(3)两侧和所述欧姆接触层(3)两侧的上层；第一钝化层(8)，位于所述欧姆接触层(3)上层和所述欧姆接触电极(7)上层，且位于所述第一漂移区(4)两侧、所述第二漂移区(5)两侧和所述雪崩区(6)两侧；第二钝化层(9)，位于所述第一钝化层(8)上层；肖特基接触电极(10)，位于所述第二钝化层(9)上层。

【技术特征摘要】
1.一种双异质结和复合钝化层的IMPATT二极管，其特征在于，包括：衬底层(1)；外延层(2)，位于所述衬底层(1)上层；欧姆接触层(3)，位于所述外延层(2)中间的上层；第一漂移区(4)，位于所述欧姆接触层(3)中间的上层；第二漂移区(5)，位于所述第一漂移区(4)上层；雪崩区(6)，位于所述第二漂移区(5)上层；欧姆接触电极(7)，位于所述欧姆接触层(3)两侧和所述欧姆接触层(3)两侧的上层；第一钝化层(8)，位于所述欧姆接触层(3)上层和所述欧姆接触电极(7)上层，且位于所述第一漂移区(4)两侧、所述第二漂移区(5)两侧和所述雪崩区(6)两侧；第二钝化层(9)，位于所述第一钝化层(8)上层；肖特基接触电极(10)，位于所述第二钝化层(9)上层。2.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述欧姆接触层(3)材料为n+-GaN，厚度为100nm～200nm。3.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述第一漂移区(4)材料为n-GaN，厚度为300nm～500nm。4.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述第二漂移区(5)材料为n-AlGaN，厚度为30nm～50nm，Al的摩尔组份为20％～60％。5.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述雪崩区(6)材料为n-GaN，厚度为30nm～50nm。6.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述欧姆接触电极(7)材料为Ti/Al/Ni/Au多层金属，总厚度为100nm～200nm。7.根据权利要求1所述的所述的IMPATT二极管，其特征在于，所述第二钝化层(9)的相对介电常数范围为10～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林安，李秀圣，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61