基于原位生长MIS结构的垂直GaN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原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，包括衬底，其特征在于，所述衬底的底部设置有阴极，所述衬底的顶部从下至上依次设置有n+层和漂移区，漂移区顶部设置有原位生长的介质层，介质层的顶部设置有阳极。本发明专利技术还提供了上述二极管的制备方法，包括以下步骤：S1、提供衬底，对衬底进行预处理和热处理，在衬底上淀积n+层；S2、在n+层上，淀积厚度为1

【技术实现步骤摘要】
基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及一种原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管及其制备方法，可用于功率开关领域。

技术介绍

[0002]以GaN、SiC等为代表的第三代宽禁带半导体材料凭借宽禁带宽度、高临界电场强度、高电子迁移率、高电子饱和速率等优点在功率开关器件领域中广受关注。GaN基肖特基势垒二极管(SBD)由于其优异的材料特性，具备低正向压降、快速反向恢复、高开关频率、高击穿电压、高功率密度等优点，是电力电子应用的理想选择。与横向肖特基二极管相比，垂直肖特基二极管导电通道更宽，功率密度更大。此外，垂直肖特基二极管只需要增加漂移区厚度即可提高器件的击穿电压，而器件横向尺寸不变。因此垂直肖特基二极管在功率应用中更受欢迎。然而肖特基二极管存在着缺陷，即反向漏电较大，导致反向耐压偏低。一般的解决方案是通过调整GaN材料的掺杂参数、添加场板终端结构、优化界面等。很少有研究者在肖特基二极管中应用MIS结构，这是因为传统生长介质的方法得到的界面质量较差，会引入较多的陷阱态，从而影响器件特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管。
[0004]本专利技术的第一个目的是提供一种基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，包括衬底，其特征在于，所述衬底的底部设置有阴极，所述衬底的顶部从下至上依次设置有n+层和漂移区，漂移区顶部设置有原位生长的介质层，介质层的顶部设置有阳极。
[0005]优选的，所述衬底、n+层和漂移区的材料均为氮化镓材料，且衬底为n型GaN衬底，介质层的材料为氮化硅、氧化镓、氧化铝、氮化铝中的一种。
[0006]优选的，所述n+层的厚度为0.5
‑
5μm，掺杂元素为硅，掺杂浓度为10
18
cm
‑3‑
10
20
cm
‑3。
[0007]优选的，所述漂移区和介质层的厚度分别为1
‑
10μm和5
‑
15nm。
[0008]优选的，所述阴极金属采用Ti/Al/Ni/Au组合，其中Ti金属的厚度为20
‑
100nm，Al金属的厚度为100
‑
300nm，Ni金属的厚度为20
‑
200nm，Au金属的厚度为20
‑
200nm。
[0009]优选的，所述阳极金属采用Ni/Au组合，其中Ni金属的厚度为20
‑
100nm，Au金属的厚度为50
‑
500nm。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供一种上述垂直GaN肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、提供衬底，对衬底进行预处理和热处理，采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD工艺在衬底上淀积厚度为0.5
‑
5μm的n+层，掺杂元素为硅，掺杂浓度为10
18
cm
‑3～10
20
cm
‑3；
[0012]S2、在n+层上，采用MOCVD工艺淀积厚度为1
‑
10μm的漂移区；
[0013]S3、在AlGaN漂移区上，采用MOCVD工艺直接原位生长一层介质层；
[0014]S4、在衬底的底部采用电子束蒸发工艺淀积阴极金属，并在850℃的高温下进行退火；
[0015]S5、在介质层上制作掩膜，采用电子束蒸发工艺在介质层上淀积阳极金属，即得到所述肖特基二极管。
[0016]优选的，步骤S1中，所述衬底预处理和热处理的操作步骤为：对衬底利用丙酮、无水乙醇溶液和去离子水分别进行超声清洗，并在氢气氛围中以1050℃对衬底热处理10分钟。
[0017]优选的，步骤S1中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10
‑
100Torr，Ga源流量为50
‑
100μmol/min，氨气流量为3000
‑
6000sccm，氢气流量为1000
‑
2000sccm，温度为900℃。
[0018]优选的，步骤S2中，所述反应室压力为10～100Torr，Al源流量为50
‑
100μmol/min，氨气流量为3000
‑
6000sccm，氢气流量为1000
‑
2000sccm，温度为900℃；步骤S3中，所述反应室压力为10～100Torr，温度为900℃。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0020](1)本专利技术提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，通过在GaN材料和阳极之间插入介质层，形成MIS结构，能够抑制反向漏电。
[0021](2)本专利技术提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，通过使用原位生长MIS结构，在抑制反向漏电同时，引入的界面态较少，界面质量高，利于长期可靠性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例1提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管制备流程图；
[0024]图3为本专利技术实施例1提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管与传统结构的垂直GaN肖特基二极管反向漏电对比图；
[0025]图中：1、衬底；2、n+层；3、漂移区；4、阴极；5、介质层；6、阳极。
具体实施方式
[0026]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0027]如图1所示，本专利技术提供的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，包括衬底1，衬底1的底部设置有阴极4，所述衬底1的顶部从下至上依次设置有n+层2和漂移区3，漂移区3的顶部设置有原位生长的介质层5，介质层5的顶部设置有阳极6。
[0028]衬底1、n+层2和漂移区3的材料均为氮化镓材料，且衬底1为n型GaN衬底，介质层5的材料为氮化硅、氧化镓、氧化铝、氮化铝中的一种。
[0029]n+层2的厚度为0.5
‑
5μm，掺杂浓度为10
18
cm
‑3‑
10
20
cm
‑3，掺杂元素为硅。
[0030]漂移区3和介质层5的厚度分别为1
‑
10μm和5
‑
15nm。
[0031]阴极4金属采用Ti/Al/Ni/Au组合，其中Ti金属的厚度为20<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，包括衬底(1)，其特征在于，所述衬底(1)的底部设置有阴极(4)，所述衬底(1)的顶部从下至上依次设置有n+层(2)和漂移区(3)，所述漂移区(3)的顶部设置有原位生长的介质层(5)，所述介质层(5)的顶部设置有阳极(6)。2.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，其特征在于，所述衬底(1)、n+层(2)和漂移区(3)的材料均为氮化镓材料，且所述衬底(1)为n型GaN衬底，所述介质层(5)的材料为氮化硅、氧化镓、氧化铝、氮化铝中的一种。3.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，其特征在于，所述n+层(2)的厚度为0.5
‑
5μm，掺杂元素为硅，掺杂浓度为10
18
cm
‑3‑
10
20
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，其特征在于，所述漂移区(3)和介质层(5)的厚度分别为1
‑
10μm和5
‑
15nm。5.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，其特征在于，所述阴极(4)金属采用Ti/Al/Ni/Au组合，其中Ti金属的厚度为20
‑
100nm，Al金属的厚度为100
‑
300nm，Ni金属的厚度为20
‑
200nm，Au金属的厚度为20
‑
200nm。6.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管，其特征在于，所述阳极(6)金属采用Ni/Au组合，其中Ni金属的厚度为20
‑
100nm，Au金属的厚度为50
‑
500nm。7.一种根据权利要求1
‑
6任一项所述的基于原位生长MIS结构的垂直GaN肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提供衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜雷，赵杜钧，张进成，宋秀峰，吴银河，刘爽，李仲扬，朱丹，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：