一种基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法，二极管包括：衬底，依次位于衬底上的AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、SiN钝化层、介质层；第一凹槽，贯穿介质层、SiN钝化层、AlGaN势垒层；第二凹槽中第一部分贯穿介质层、SiN钝化层、部分AlGaN势垒层，第二部分贯穿另一部分AlGaN势垒层、AlN插入层和部分GaN缓冲层；阴极沉积有第一欧姆金属；阳极包括若干第二欧姆金属，以及第一凹槽和第二凹槽沉积的若干阳极金属，若干第二欧姆金属与第二凹槽内若干阳极金属交替分布呈叉指结构。本发明专利技术阳极采用欧姆加肖特基叉指结构，由于阳极的肖特基接触和欧姆接触处于同一列，反向偏压时将引入较多的肖特基耗尽区，从而提高了器件的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法
本专利技术属于半导体材料及其制作工艺
，具体涉及一种基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法。
技术介绍
肖特基二极管(SchottkyBarrierDiode，简称SBD)具有极短的反向恢复时间(可以小到几纳秒)，属于一种低功耗、超高速半导体器件，具备开关速度高和正向压降低等优点，多用作高频、低压、大电流整流二极管、常在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。第三代半导体GaN、AlN、InN及其合金具有直接带隙、禁带宽度宽且连续可调制范围大、击穿场强高、饱和电子漂移速度快、热导率高、抗辐照性能好等优点。其中，AlGaN/GaN异质结结构在其交界处产生高密度的二维电子气(2DEG)，使得GaN基横向器件具有更高的饱和输出电流、更快的开关速度，能够适应高压、高温、辐照等恶劣工作环境。以其为基体的电子器件迅速填补了第一、二代半导体材料无法满足更高频率、更高功率领域的需求，大大提高了器件性能，并能够最大限度发挥氮化物材料的优势，特别在有源相控阵雷达、5G通信、智能电网、军民两用领域具有非常广阔的应用前景。AlGaN/GaN基横向肖特基二极管凭借独特的材料和结构优势，能大幅提高肖特基二极管的反向击穿电压，能满足某些大功率开关电源中，对二极管高反向击穿电压的需求。但在开关电源系统中，二极管作为耗能元件约占总电源功耗的30％，在二极管所有功耗损耗中通态损耗所占比例最大，而降低正向压降是减小通态损耗的主要途径。GaN材料的带隙较大，器件的开启电压往往较高。因此，如何降低GaN基肖特基二极管的开启电压成为研究的热点。下一代高效率的电力系统也迫切需要二极管兼具低开启电压、高击穿电压及更高的开关速度，以实现高效的能源切换。当前国际上功率AlGaN/GaN基横向肖特基二极管的制作多数是阳极采用深凹槽结构、凹槽与GET结合或欧姆加肖特基混合的方式。其中，为了降低AlGaN/GaN肖特基二极管的开启电压，目前主流做法是在阳极区域采用凹槽刻蚀方式，增加界面处的缺陷以提高电子的隧穿几率。刻蚀凹槽能使2DEG直接和阳极金属接触，降低势垒高度降低器件开启电压；阳极采用深凹槽刻蚀，沉积低功函数的阳极金属来降低器件开启电压提高反向击穿；或采用高功函数的金属(Pt)加AlGaN薄势垒结构，Pt金属恰好耗尽沟道2DEG，实现了器件低的开启电压，同时又保证了良好的肖特基接触质量，有效减小肖特基漏电，提高了器件的击穿电压；采用欧姆加肖特基混合结构，使得器件的开启电压不受肖特基势垒的影响，而依赖于沟道的阈值电压，从而降低开启电压。为了提高反向击穿电压，目前主流做法是引入场板结构，阳极金属可适当向阴极延伸固定长度，在电极外围形成金属-绝缘层-半导体结构。该结构通过改变肖特基电极下方耗尽层中的电场分布，降低峰值电场强度，来提高器件的击穿电压。但是这些方法存在以下不足：一是，如果器件单纯采用凹槽刻蚀方法，器件的开启电压会有所减小，但减小幅度不明显，而且在靠近阴极方向肖特基接触边缘处，存在较强电场尖峰，容易在此处发生击穿；二是，如果器件采用场板结构，会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性。
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基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法。本专利技术提供了一种基于叉指结构的横向肖特基二极管，包括：衬底，依次位于所述衬底上的AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、SiN钝化层、介质层；第一凹槽，贯穿所述介质层、所述SiN钝化层、所述AlGaN势垒层且位于所述AlN插入层的上表面，所述第一凹槽的内壁、底部均覆盖有所述介质层；第二凹槽，自上而下包括第一部分和第二部分，所述第一部分贯穿所述介质层、所述SiN钝化层、部分所述AlGaN势垒层，且所述第一部分的内壁及底部部分覆盖有所述介质层，所述第二部分位于所述第一部分底部的中间位置，贯穿另一部分所述AlGaN势垒层、所述AlN插入层且位于部分所述GaN缓冲层内；阴极，沉积有第一欧姆金属，所述第一欧姆金属贯穿所述介质层、所述SiN钝化层且位于所述AlGaN势垒层的上表面，且所述第一欧姆金属上部分覆盖有所述SiN钝化层、所述介质层；阳极，包括沉积的若干第二欧姆金属，所述第二欧姆金属贯穿所述介质层、所述SiN钝化层且位于所述AlGaN势垒层的上表面，以及还包括所述第一凹槽和所述第二凹槽内沉积的若干阳极金属，所述若干第二欧姆金属与所述第二凹槽内的若干阳极金属交替分布呈叉指结构，以构成基于叉指结构的横向肖特基二极管。在本专利技术的一个实施例中，所述第一凹槽的深度为25～220nm、长度为1～4μm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二凹槽中第一部分的深度为10～170nm、长度为50～70μm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二凹槽中第二部分的深度为11～30nm、长度为48～58μm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二凹槽中第二部分位于所述第二凹槽中第一部分底部的中间位置，与所述第二凹槽中第一部分的两端距离均为1～6μm。在本专利技术的一个实施例中，所述第二凹槽中第一部分与所述第一凹槽之间的距离为2～4μm。在本专利技术的一个实施例中，所述阴极的长度与所述第二凹槽中第一部分的长度相同，所述第二凹槽中第二部分与所述阴极之间的距离为6～34μm。在本专利技术的一个实施例中，所述若干第二欧姆金属的宽度、所述阳极金属的宽度均为5～15μm。在本专利技术的一个实施例中，所述阳极的宽度为90～135μm。本专利技术再一个实施例提供了一种基于叉指结构的横向肖特基二极管制备方法，适用于上述任一项所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，包括：利用MOCVD设备在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、；在AlGaN势垒层上表面涂抹光刻胶并光刻出阳极的欧姆图形区域和阴极的欧姆图形区域，利用电子束蒸发工艺，在所述阴极的欧姆图形区域蒸发第一欧姆金属，在所述阳极的欧姆图形区域蒸发若干第二欧姆金属；在器件表面涂抹光刻胶并光刻有源区，利用ICP设备或离子注入设备实现器件有源区的隔离；利用PECVD设备在器件表面上沉积SiN钝化层；在器件表面涂抹光刻胶并光刻出所述阳极的欧姆图形区域、所述阴极的欧姆图形区域，利用ICP设备对所述阳极的欧姆图形区域、所述阴极的欧姆图形区域进行干法刻蚀，移除所述SiN钝化层；在器件表面涂抹光刻胶并光刻出所述阳极的第一凹槽图形区域，利用ICP设备对所述阳极的第一凹槽图形区域进行干法刻蚀，依次移除所述SiN钝化层、所述AlGaN势垒层，直至所述AlN插入层的上表面；在器件表面涂抹光刻胶并光刻出所述阳极的第二凹槽图形区域中第一部分图形区域，利用ICP设备对所述阳极的第二凹槽图形区域中第一部分图形区域进行干法刻蚀，依次移除所述SiN钝化层和部分所述AlGaN势垒层；利用ALD设备在器件表面沉积介质层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，包括：/n衬底(1)，依次位于所述衬底(1)上的AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)、SiN钝化层(6)、介质层(7)；/n第一凹槽，贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)、所述AlGaN势垒层(5)且位于所述AlN插入层(4)的上表面，所述第一凹槽的内壁、底部均覆盖有所述介质层(7)；/n第二凹槽，自上而下包括第一部分和第二部分，所述第一部分贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)、部分所述AlGaN势垒层(5)，且所述第一部分的内壁及底部部分覆盖有所述介质层(7)，所述第二部分位于所述第一部分底部的中间位置，贯穿另一部分所述AlGaN势垒层(5)、所述AlN插入层(4)且位于部分所述GaN缓冲层(3)内；/n阴极(9)，沉积有第一欧姆金属(8)，所述第一欧姆金属(8)贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)且位于所述AlGaN势垒层(5)的上表面，且所述第一欧姆金属(8)上部分覆盖有所述SiN钝化层(6)、所述介质层(7)；/n阳极(12)，包括沉积的若干第二欧姆金属(10)，所述第二欧姆金属(10)贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)且位于所述AlGaN势垒层(5)的上表面，以及还包括所述第一凹槽和所述第二凹槽内沉积的若干阳极金属(11)，所述若干第二欧姆金属(10)与所述第二凹槽内的若干阳极金属(11)交替分布呈叉指结构，以构成基于叉指结构的横向肖特基二极管。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，包括：
衬底(1)，依次位于所述衬底(1)上的AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)、SiN钝化层(6)、介质层(7)；
第一凹槽，贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)、所述AlGaN势垒层(5)且位于所述AlN插入层(4)的上表面，所述第一凹槽的内壁、底部均覆盖有所述介质层(7)；
第二凹槽，自上而下包括第一部分和第二部分，所述第一部分贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)、部分所述AlGaN势垒层(5)，且所述第一部分的内壁及底部部分覆盖有所述介质层(7)，所述第二部分位于所述第一部分底部的中间位置，贯穿另一部分所述AlGaN势垒层(5)、所述AlN插入层(4)且位于部分所述GaN缓冲层(3)内；
阴极(9)，沉积有第一欧姆金属(8)，所述第一欧姆金属(8)贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)且位于所述AlGaN势垒层(5)的上表面，且所述第一欧姆金属(8)上部分覆盖有所述SiN钝化层(6)、所述介质层(7)；
阳极(12)，包括沉积的若干第二欧姆金属(10)，所述第二欧姆金属(10)贯穿所述介质层(7)、所述SiN钝化层(6)且位于所述AlGaN势垒层(5)的上表面，以及还包括所述第一凹槽和所述第二凹槽内沉积的若干阳极金属(11)，所述若干第二欧姆金属(10)与所述第二凹槽内的若干阳极金属(11)交替分布呈叉指结构，以构成基于叉指结构的横向肖特基二极管。


2.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述第一凹槽的深度为25～220nm、长度(f)为1～4μm。


3.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述第二凹槽中第一部分的深度(a)为10～170nm、长度(h)为50～70μm。


4.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述第二凹槽中第二部分的深度(b)为11～30nm、长度(d)为48～58μm。


5.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述第二凹槽中第二部分位于所述第二凹槽中第一部分底部的中间位置，与所述第二凹槽中第一部分的两端距离(c)均为1～6μm。


6.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述第二凹槽中第一部分与所述第一凹槽之间的距离(e)为2～4μm。


7.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述阴极(9)的长度(g)与所述第二凹槽中第一部分的长度(h)相同，所述第二凹槽中第二部分与所述阴极(9)之间的距离(i)为6～34μm。


8.根据权利要求1所述的基于叉指结构的横向肖特基二极管，其特征在于，所述若干第二欧姆金属(10)的宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凌，王军，宓珉瀚，侯斌，张蒙，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