一种氮面式GaN二极管及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种氮面式GaN二极管，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n

【技术实现步骤摘要】
一种氮面式GaN二极管及其制备工艺


[0001]本专利技术属于二极管
，尤其涉及一种氮面式GaN二极管及其制备工艺。

技术介绍

[0002]近年来，第三代宽禁带半导体——氮化镓（GaN）因其具备宽的禁带、高的击穿电场、较高的热导率、且化学性质稳定、抗辐射等优点被广泛应用于功率和射频器件应用领域中。垂直氮化镓二极管，因其具备耐高压、耐高温，适应能力强等优点，广泛受到人们的关注。氮化镓二极管的优点是：1、击穿电压高、损耗低。2、适应能力强，可以广泛应用于各种环境，如：高温、高辐照。(3)器件体积微小，有利于降低芯片的尺寸。
[0003]但现有的垂直GaN二极管存在着一些需要改进的问题：1、外延层厚度不足和净载流子浓度高；2、外加电压下，由于氮化镓漂移层偏薄，使二极管所承受的耐压极限低，从而使器件在低电压时便被击穿。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种氮面式GaN二极管，旨在解决目前外延层厚度不足、净载流子浓度高及耐压极限低容易被击穿的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种氮面式GaN二极管，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n
+
‑
GaN外延层、n
‑
‑
GaN外延层和阴极金属层，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，所述n
‑
‑
GaN外延层的Ga面与阴极金属层采用欧姆接触，所述衬底的N面与阳极金属层采用肖特基接触，形成肖特基势垒。
[0006]优选地，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，GaN单晶的厚度为50
‑
500μm。
[0007]优选地，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，GaN单晶的厚度为300μm，载流子浓度为1~3E
16
cm
‑3。
[0008]优选地，所述n
+
‑
GaN外延层的厚度为5
‑
40μm，使用Si作为掺杂剂，载流子浓度为2~4E
18
cm
‑3；所述n
‑
‑
GaN外延层，厚度为5
‑
40μm，使用Si作为掺杂剂，载流子浓度为1~2E
18
cm
‑3。
[0009]优选地，所述阴极金属层为Ti/Al/Ni/Au叠层结构，厚度分别为25nm/100nm/25nm/80nm；所述阳极金属层为Ni/Au或Pt/Au叠层结构，厚度为20nm/60nm；一种如上所述的氮面式GaN二极管的制备工艺，包括：步骤一、在GaN单晶衬底Ga面上生长掺Si的n
＋
‑
GaN外延层；步骤二、在n
＋
‑
GaN外延层Ga面上生长掺Si的n
‑
‑
GaN外延层；步骤三、n
‑
‑
GaN外延层Ga面上蒸镀阴极金属层，在阴极处制备欧姆接触；步骤四、在GaN单晶衬底N面上蒸镀阳极金属层，在阳极处制备肖特基接触。
[0010]一种如上所述的氮面式GaN二极管的制备工艺，包括：步骤一、用氢化物气相外延方法在GaN单晶衬底Ga面上生长厚度为5μm
‑
40μm掺Si
的n
+
‑
GaN外延层；步骤二、用氢化物气相外延法在n
＋
‑
GaN外延层Ga面上生长厚度为5μm
‑
40μm，掺Si的n
‑
‑
GaN外延层；步骤三、在n
‑
‑
GaN外延层Ga面上蒸镀Ti/Al/Ni/Au阴极金属层；步骤四、在GaN单晶衬底N面上蒸镀Pt/Au阳极金属层。
[0011]优选地，步骤一中GaN单晶衬底的厚度为300μm，所述n
+
‑
GaN外延层的厚度为25μm，步骤二中所述n
‑
‑
GaN外延层的厚度为25μm。
[0012]优选地，步骤三包括：对n
‑
‑
GaN外延层Ga面进行采用光刻技术处理，显影出阴极区域；随后在Ga面蒸镀金属膜Ti/Al/Ni/Au，厚度分别为25nm/100nm/25nm/60nm，接着在氮气氛围中退火40s，温度为800℃。
[0013]优选地，步骤四包括：所述对GaN单晶衬底N面进行采用光刻技术处理，显影出阳极区域，随后在N面蒸镀金属Pt/Au，厚度分别为25/60nm，接着在氮气氛围中退火130s，温度为150℃。
[0014]与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：1、本专利技术所提供的氮面式GaN二极管及其制备工艺采用非掺杂的GaN单晶为衬底，采用非掺杂的GaN单晶衬底制成的耐压层可以提高氮面式GaN二极管的耐压强度，提高抗冲击的性能。
[0015]2、本专利技术所提供的氮面式GaN二极管及其制备工艺通过对n
＋
‑
GaN外延层与n
‑
‑
GaN外延层的厚度与净载流子浓度的控制，优化结构设计，提高器件的整体耐压性能。
[0016]3、本专利技术所提供的一种氮面式GaN二极管及其制备工艺中衬底的N面与阳极金属层采用肖特基接触，肖特基势垒高度比Ga面大，有利于减少漏电；而在Ga面形成欧姆接触接触电阻小，可进一步减少器件的导通电阻。
附图说明
[0017]图1是本专利技术提供的一种氮面式GaN二极管及其制备工艺的结构示意图。
[0018]图2是本专利技术提供的一种氮面式GaN二极管及其制备工艺的n
+
‑
GaN外延层与n
‑
‑
GaN外延层制备过程示意图。
[0019]图3是本专利技术提供的的一种氮面式GaN二极管及其制备工艺的阳极金属层与阴极金属层制备过程示意图。
[0020]附图标记说明：1、阳极金属层；2、衬底；3、n
+
‑
GaN外延层；4、n
‑
‑
GaN外延层；5、阴极金属层。
具体实施方式
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请
的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
[0022]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0023]本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮面式GaN二极管，其特征在于，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n
+
‑
GaN外延层、n
‑
‑
GaN外延层和阴极金属层，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，所述n
‑
‑
GaN外延层的Ga面与阴极金属层采用欧姆接触，所述衬底的N面与阳极金属层采用肖特基接触，形成肖特基势垒。2.如权利要求1所述的一种氮面式GaN二极管，其特征在于，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，GaN单晶的厚度为50
‑
500μm。3.如权利要求2所述的一种氮面式GaN二极管，其特征在于，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，GaN单晶的厚度为300μm，载流子浓度为1~3E
16
cm
‑3。4.如权利要求1所述的一种氮面式GaN二极管，其特征在于，所述n
+
‑
GaN外延层的厚度为5
‑
40μm，使用Si作为掺杂剂，载流子浓度为2~4E
18
cm
‑3；所述n
‑
‑
GaN外延层，厚度为5
‑
40μm，使用Si作为掺杂剂，载流子浓度为1~2E
18
cm
‑3。5.如权利要求1所述的一种氮面式GaN二极管，其特征在于，所述阴极金属层为Ti/Al/Ni/Au叠层结构，厚度分别为25nm/100nm/25nm/80nm；所述阳极金属层为Ni/Au或Pt/Au叠层结构，厚度为20nm/60nm。6.如权利要求1
‑
5所述的一种氮面式GaN二极管的制备工艺，其特征在于，包括：步骤一、在GaN单晶衬底Ga面上生长掺Si的n
＋
‑
GaN外延层；步骤二、在n
＋
‑
GaN外延层Ga面上生长掺S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新科，朱曦，王敏，杨华恺，贺威，黎晓华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：