N极性GaN/AlGaN基整流器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种N极性GaN/AlGaN基整流器及其制备方法，该整流器包括整流器外延片和设置在整流器外延片上的欧姆接触电极、Si3N4钝化层以及肖特基接触电极；整流器外延片包括在碳化硅衬底上依次生长的AlN缓冲层、双重SiN插入层结构、非掺杂AlGaN势垒层以及非掺杂GaN沟道层，欧姆接触电极和Si3N4钝化层均设置在非掺杂GaN沟道层上，其中，双重SiN插入层结构包括在AlN缓冲层上依次生长的下层SiN插入层、AlGaN缓冲层和上层SiN插入层。本发明专利技术通过采用N极性GaN/AlGaN异质结外延片制备整流器，并且设计双重SiN插入层结构，能够实现具有低开启电压、高截止频率的高性能整流器。高截止频率的高性能整流器。高截止频率的高性能整流器。

【技术实现步骤摘要】
N极性GaN/AlGaN基整流器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及整流器
，具体涉及一种N极性GaN/AlGaN基整流器及其制备方法。

技术介绍

[0002]射频整流器是空间无线能量传输系统中的核心器件，在卫星系统、航空航天飞行器、家用电器等军事、民用领域都有着广泛的应用。然而，传统Si基器件面临着击穿场强低、反向漏电流大、热导率低、性能稳定性差等问题。而以GaN为代表的III族氮化物，具备禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和速率高等特点，并且在极化效应作用下在异质结中能产生高密度、高迁移率的二维电子气，有望实现高性能射频整流器。但是传统Ga极性GaN对二维电子气的限阈性不足、难以生长高质量GaN异质结等问题，限制了GaN基高频整流器的发展。而N极性GaN具有更好的二维电子气限阈性、相反的内建电场强度，在制备整流器件方面有着天然的优势。然而，N极性GaN薄膜制备困难，晶体质量与Ga极性相比仍有差距。一方面，氮化物的表面缺陷会作为陷阱俘获电子，导致异质结界面处的二维电子气浓度降低；另一方面，聚集的位错可以作为器件的漏电通道，使得整流器的稳定性和可靠性降低。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种N极性GaN/AlGaN基整流器及其制备方法，能够实现具有低开启电压、高截止频率的高性能整流器。
[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种N极性GaN/AlGaN基整流器。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种N极性GaN/AlGaN基整流器的制备方法。
[0006]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0007]一种N极性GaN/AlGaN基整流器，包括整流器外延片和设置在所述整流器外延片上的欧姆接触电极、Si3N4钝化层以及肖特基接触电极；所述整流器外延片包括在碳化硅衬底上依次生长的AlN缓冲层、双重SiN插入层结构、非掺杂AlGaN势垒层以及非掺杂GaN沟道层，所述欧姆接触电极和所述Si3N4钝化层均设置在所述非掺杂GaN沟道层上，其中，所述双重SiN插入层结构包括在所述AlN缓冲层上依次生长的下层SiN插入层、AlGaN缓冲层和上层SiN插入层。
[0008]进一步的，所述AlGaN缓冲层的Al组分大于所述非掺杂AlGaN势垒层中的Al组分。
[0009]进一步的，所述欧姆接触电极由依次蒸镀欧姆接触电极金属Ti/Al/Ni/Au而制得，厚度为200～300nm。
[0010]进一步的，所述肖特基接触电极由依次蒸镀肖特基接触电极金属Ni/Au而制得；
[0011]所述肖特基接触电极通过刻蚀深入所述非掺杂GaN沟道层并部分延伸至所述Si3N4钝化层表面，刻蚀深度为180～200nm。
[0012]进一步的，所述欧姆接触电极与肖特基接触电极的间距为5～9μm。
[0013]进一步的，所述整流器外延片中AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、非掺杂AlGaN势垒层和
非掺杂GaN沟道层均为N极性的，均沿[000
‑
1]方向生长。
[0014]本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0015]一种N极性GaN/AlGaN基整流器的制备方法，所述方法包括：
[0016]在碳化硅衬底上依次生长AlN缓冲层、双重SiN插入层结构、非掺杂AlGaN势垒层和非掺杂GaN沟道层，得到整流器外延片；其中，双重SiN插入层结构包括在所述AlN缓冲层上依次生长的下层SiN插入层、AlGaN缓冲层和上层SiN插入层；所述下层SiN插入层和上层SiN插入层的沉积时间分别是30
‑
50s和160
‑
180s；
[0017]对所述整流器外延片进行预处理，对预处理后整流器外延片进行光刻，在所述非掺杂GaN沟道层上得到欧姆电极图案；
[0018]将制备有欧姆电极图案的整流器外延片放入电子束蒸发设备中，依次蒸镀欧姆接触电极金属，得到欧姆电极；
[0019]去除制备有欧姆电极的整流器外延片表面的光刻胶，采用等离子体增强化学气相沉积的方法，在制备有欧姆电极的整流器外延片的非掺杂GaN沟道层上沉积Si3N4钝化层；
[0020]进行掩模版对准，对制备有Si3N4钝化层的整流器外延片进行光刻，在所述Si3N4钝化层上得到肖特基电极图案，进行湿法刻蚀，将多余的钝化层刻蚀掉，并去除整流器外延片表面的光刻胶；
[0021]采用湿法刻蚀方法，将得到肖特基电极图案的外延片从所述Si3N4钝化层表面刻蚀出肖特基电极凹槽，所述肖特基电极凹槽深入至所述非掺杂GaN沟道层表面，并延伸至所述Si3N4钝化层表面；
[0022]将刻蚀有肖特基电极凹槽的整流器外延片放入电子束蒸发设备中，依次蒸镀肖特基接触电极金属，得到肖特基电极；
[0023]去除制备有肖特基电极的整流器外延片表面的光刻胶，进行引线、封装，从而制得N极性GaN/AlGaN基整流器。
[0024]进一步的，所述AlGaN缓冲层的Al组分大于所述非掺杂AlGaN势垒层中的Al组分。
[0025]进一步的，所述欧姆接触电极由依次蒸镀欧姆接触电极金属Ti/Al/Ni/Au而制得；
[0026]所述肖特基接触电极由依次蒸镀肖特基接触电极金属Ni/Au而制得，电极边缘与邻近的刻蚀槽边缘的距离为0.8～1μm。
[0027]进一步的，所述整流器外延片中AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、非掺杂AlGaN势垒层和非掺杂GaN沟道层均为N极性的，均沿[000
‑
1]方向生长。
[0028]本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：
[0029]1、本专利技术使用N极性GaN/AlGaN异质结外延片制备整流器，与传统的Ga极性GaN/AlGaN异质结相比具有以下优点：(一)N极性AlGaN层作为天然的背势垒，可以增强对GaN/AlGaN异质结界面二维电子气的限域性，增强器件耐压能力；(二)非掺杂GaN沟道层在非掺杂AlGaN势垒层上方，改善了正向导通特性(使得正向开启电压降低)。由于具有以上优点，从而使整流器具有较好的整流特性。同时欧姆接触电极金属直接和顶层的非掺杂GaN沟道层相连，能够形成良好的欧姆接触。
[0030]2、本专利技术设计了双重SiN插入层结构，改善了器件的性能，一方面通过调节非掺杂AlGaN的应变，改善AlGaN/GaN异质结的质量，提高了二维电子气的浓度；另一方面双重SiN插入层通过连续两次改变AlGaN的生长模式，降低了作为漏电通道的穿透位错，提高了器件
的稳定性。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0032]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，包括整流器外延片和设置在所述整流器外延片上的欧姆接触电极、Si3N4钝化层以及肖特基接触电极；所述整流器外延片包括在碳化硅衬底上依次生长的AlN缓冲层、双重SiN插入层结构、非掺杂AlGaN势垒层以及非掺杂GaN沟道层，所述欧姆接触电极和所述Si3N4钝化层均设置在所述非掺杂GaN沟道层上，其中，所述双重SiN插入层结构包括在所述AlN缓冲层上依次生长的下层SiN插入层、AlGaN缓冲层和上层SiN插入层。2.根据权利要求1所述的N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，所述AlGaN缓冲层的Al组分大于所述非掺杂AlGaN势垒层中的Al组分。3.根据权利要求1所述的N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，所述欧姆接触电极由依次蒸镀欧姆接触电极金属Ti/Al/Ni/Au而制得，厚度为200～300nm。4.根据权利要求1所述的N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，所述肖特基接触电极由依次蒸镀肖特基接触电极金属Ni/Au而制得；所述肖特基接触电极通过刻蚀深入所述非掺杂GaN沟道层并部分延伸至所述Si3N4钝化层表面，刻蚀深度为180～200nm。5.根据权利要求1所述的N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，所述欧姆接触电极与肖特基接触电极的间距为5～9μm。6.根据权利要求1～5任一项所述的N极性GaN/AlGaN基整流器，其特征在于，所述整流器外延片中AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、非掺杂AlGaN势垒层和非掺杂GaN沟道层均为N极性的，即均沿[000
‑
1]方向生长。7.一种N极性GaN/AlGaN基整流器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在碳化硅衬底上依次生长AlN缓冲层、双重SiN插入层结构、非掺杂AlGaN势垒层和非掺杂GaN沟道层，得到整流器外延片；其中，双重SiN插入层结构包括在所述AlN缓冲层上依次生长的下层SiN插入层、AlGaN缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文樑，李灏，侯冬曼，李国强，林廷钧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：