一种肖特基势垒二极管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种肖特基势垒二极管及其制备方法和应用。本发明专利技术的肖特基势垒二极管的组成包括依次层叠设置的Si衬底、AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，还包括第一钝化层、第二钝化层、阴极金属电极、第一阳极金属场板、第三钝化层、第二阳极金属场板和阳极金属电极。本发明专利技术的肖特基势垒二极管具有瞬变耐受性较高、耐压和抗击穿性能强、可靠性高等优点，适合进行大规模推广应用。合进行大规模推广应用。合进行大规模推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种肖特基势垒二极管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种肖特基势垒二极管及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]肖特基势垒二极管，又称热载流子二极管，是大多数电力电子产品中不可或缺的器件，其需要具有较低的开启电压、特定的导通电阻、较低的反向泄漏电流和较高的击穿电压，用以减少使用过程中的功率损失。氮化镓(GaN)具有较大的禁带宽度和较高的电子迁移率，以蓝宝石或碳化硅(SiC)为衬底的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管(SBD)的性能要显著优于其他材料体系的肖特基势垒二极管，应用前景更加广阔。Si/GaN基肖特基势垒二极管兼具较好的性能和较低的成本，具有很好的商业化潜力，引起了人们的广泛关注。然而，现有的Si/GaN基肖特基势垒二极管存在瞬变耐受性较差、耐压和抗击穿性能较差、可靠性有待提高等问题，难以完全满足日益增长的实际应用需求。
[0003]因此，开发一种具有较高的瞬变耐受性、耐压和抗击穿性能强、可靠性高的肖特基势垒二极管具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种肖特基势垒二极管及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种肖特基势垒二极管，其组成包括依次层叠设置的Si衬底、AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，还包括第一钝化层、第二钝化层、阴极金属电极、第一阳极金属场板、第三钝化层、第二阳极金属场板和阳极金属电极；
[0007]所述第一钝化层设置在AlN成核层远离Si衬底的那面，且与GaN缓冲层接触；
[0008]所述第二钝化层呈L型，一条边覆盖在AlGaN势垒层远离GaN缓冲层的那面，另一条边与GaN缓冲层接触；
[0009]所述阴极金属电极设置在AlGaN势垒层远离GaN缓冲层的那面，且与第二钝化层和第三钝化层均有接触；
[0010]所述第一阳极金属场板呈L型，覆盖在第二钝化层的拐角处，且与GaN缓冲层接触；
[0011]所述第三钝化层呈L型，覆盖第二钝化层和第一阳极金属场板，且与GaN缓冲层和第一钝化层均有接触；
[0012]所述第二阳极金属场板呈L型，覆盖在第三钝化层的拐角处，且与第一钝化层接触；
[0013]所述阳极金属电极依次贯穿第二阳极金属场板、第三钝化层、第一阳极金属场板、第二钝化层和AlGaN势垒层，且与GaN缓冲层接触。
[0014]优选的，所述AlN成核层的厚度为1nm～5nm。
[0015]优选的，所述GaN缓冲层的厚度为300nm～350nm。
[0016]优选的，所述AlGaN势垒层的厚度为15nm～25nm。
[0017]优选的，所述AlGaN势垒层的组成成分包括Al
x
GaN，式中，x为0.2～0.3。
[0018]优选的，所述第一钝化层的组成成分包括SiO2、Si3N4、SiC、HfO2中的至少一种。
[0019]优选的，所述第一钝化层的厚度为50nm～100nm。
[0020]优选的，所述第二钝化层的组成成分包括SiO2、Si3N4、SiC、HfO2中的至少一种。
[0021]优选的，所述第二钝化层的厚度为50nm～100nm。
[0022]优选的，所述阴极金属电极的组成成分包括Ti、Al、Ni、Au、Ag、TiN中的至少一种。
[0023]优选的，所述阴极金属电极的宽度为5μm～10μm。
[0024]优选的，所述第一阳极金属场板的一条边的长度为3μm～5μm、厚度为40nm～60nm，另一条边的长度为3μm～5μm、厚度为500nm～800nm。
[0025]优选的，所述第三钝化层的组成成分包括SiO2、Si3N4、SiC、HfO2中的至少一种。
[0026]优选的，所述第三钝化层的厚度为200nm～300nm。
[0027]优选的，所述第二阳极金属场板的一条边的长度为5μm～7μm、厚度为40nm～60nm，另一条边的长度为3μm～5μm、厚度为1.2μm～1.5μm。
[0028]优选的，所述阳极金属电极的组成成分包括Ti、Al、Ni、Au、Ag、TiN中的至少一种。
[0029]优选的，所述阳极金属电极的宽度为5μm～10μm。
[0030]优选的，所述阴极金属电极和阳极金属电极之间的距离为15μm～20μm。
[0031]一种如上所述的肖特基势垒二极管的制备方法包括以下步骤：
[0032]1)在Si衬底上依次外延生长AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层；
[0033]2)进行光刻，暴露出阴极金属电极制备区域，再进行合金蒸镀和剥离，形成阴极金属电极；
[0034]3)进行光刻，暴露出第一钝化层和第二钝化层制备区域，再进行沉积形成第一钝化层和第二钝化层；
[0035]4)进行光刻，暴露出阳极金属电极制备区域和第一阳极金属场板制备区域，再进行合金蒸镀和剥离，形成阳极金属电极和第一阳极金属场板；
[0036]5)进行沉积，形成第三钝化层；
[0037]6)进行光刻，暴露出第二阳极金属场板制备区域，再进行合金蒸镀和剥离，形成第二阳极金属场板，即得肖特基势垒二极管。
[0038]一种电子设备，其组成包括上述肖特基势垒二极管。
[0039]本专利技术的原理：本专利技术通过横向双阳极场板(第一阳极金属场板和第二阳极金属场板的横向部分)来降低阳极金属电极边缘处的峰值电场强度，并通过纵向双阳极场板(第一阳极金属场板和第二阳极金属场板的纵向部分)将沟道处的电场引入下方GaN缓冲层从而降低沟道处的峰值电场，进而提高器件的耐压和抗击穿能力以及减少漏电流，可以明显减少器件边缘处的峰值电场强度，从而抑制电流崩塌效应，提高器件的可靠性，且区别于传统的单层场板，横向与纵向双层场板使得金属边缘处电场更加均匀，提高了器件的击穿电压。
[0040]本专利技术的有益效果是：本专利技术的肖特基势垒二极管具有瞬变耐受性较高、耐压和抗击穿性能强、可靠性高等优点，适合进行大规模推广应用。
[0041]具体来说：
[0042]1)本专利技术的肖特基势垒二极管中采用横向双场板(第一阳极金属场板和第二阳极金属场板的横向部分)设计，降低了阳极金属电极边缘处的峰值电场强度和漏电流，可以有效提高器件的可靠性；
[0043]2)本专利技术的肖特基势垒二极管中采用纵向双场板(第一阳极金属场板和第二阳极金属场板的纵向部分)设计，将电场引入下方GaN缓冲层内部，降低了沟道处的峰值电场，可以有效提高器件的击穿电压。
附图说明
[0044]图1为本专利技术的肖特基势垒二极管的结构示意图。
[0045]附图标识说明：10、Si衬底；20、AlN成核层；30、GaN缓冲层；40、AlGaN势垒层；50、第一钝化层；60、第二钝化层；70、阴极金属电极；80、第一阳极金属场板；90、第三钝化层；100、第二阳极金属场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种肖特基势垒二极管，其特征在于，组成包括依次层叠设置的Si衬底、AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，还包括第一钝化层、第二钝化层、阴极金属电极、第一阳极金属场板、第三钝化层、第二阳极金属场板和阳极金属电极；所述第一钝化层设置在AlN成核层远离Si衬底的那面，且与GaN缓冲层接触；所述第二钝化层呈L型，一条边覆盖在AlGaN势垒层远离GaN缓冲层的那面，另一条边与GaN缓冲层接触；所述阴极金属电极设置在AlGaN势垒层远离GaN缓冲层的那面，且与第二钝化层和第三钝化层均有接触；所述第一阳极金属场板呈L型，覆盖在第二钝化层的拐角处，且与GaN缓冲层接触；所述第三钝化层呈L型，覆盖第二钝化层和第一阳极金属场板，且与GaN缓冲层和第一钝化层均有接触；所述第二阳极金属场板呈L型，覆盖在第三钝化层的拐角处，且与第一钝化层接触；所述阳极金属电极依次贯穿第二阳极金属场板、第三钝化层、第一阳极金属场板、第二钝化层和AlGaN势垒层，且与GaN缓冲层接触。2.根据权利要求1所述的肖特基势垒二极管，其特征在于：所述AlN成核层的厚度为1nm～5nm。3.根据权利要求1所述的肖特基势垒二极管，其特征在于：所述GaN缓冲层的厚度为300nm～350nm。4.根据权利要求1所述的肖特基势垒二极管，其特征在于：所述AlGaN势垒层的厚度为15nm～25nm；所述AlGaN势垒层的组成成分包括Al
x
GaN，式中，x为0.2～0.3。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的肖特基势垒二极管，其特征在于：所述第一钝化层的组成成分包括SiO2、Si3N4、SiC、HfO2中的至少一种；所述第一钝化层的厚度为50nm～100nm；所述第二钝化层的组成成分包括SiO2、Si3N4、SiC、HfO2中的至少一种；所述第二钝化层的厚度为50nm～100nm；所述第三钝化层的组成成分包括S...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，吴昌桐，曹犇，邢志恒，吴能滔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：