具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：一、外延材料生长；二、再生长凹槽制作及再生长；三、电极制作。其能降低漂移层的等效电阻，提高单位面积的电流密度和面积使用率，从而提高了二极管的正向电流密度。从而提高了二极管的正向电流密度。从而提高了二极管的正向电流密度。

【技术实现步骤摘要】
具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子器件
，涉及一种GaN基肖特基二极管及其制备方法，具体涉及一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的逐渐成熟，以GaN、SiC和半导体金刚石为代表的第三代半导体材料兴起，逐渐成为半导体行业的研究热点。与传统的半导体材料相比，氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4eV)、高的击穿场强(3.3MV/cm)，且具有良好的化学稳定性，较高的工作温度，较高的击穿电压和较低的导通电阻，这些特性弥补了前两代半导体材料的不足。因此，GaN在高温、高压等方面有良好的应用前景。目前，GaN二极管已应用于航空航天、汽车自动驾驶、无线功率传输等领域。
[0003]GaN二极管的结构主要分为横向结构和垂直结构。在常规横向结构中，电流崩塌和自热效应等是制约器件发展的重要问题。相较于横向结构器件，在相同器件尺寸下，垂直结构的GaN二极管具有更高的电流密度，且电流主要在GaN材料体内输运，当器件处于反向偏置时，器件内部的电场分布均匀，具有更高的反向耐压，可靠性更高。
[0004]肖特基二极管作为一种基本的双端器件，具有开启电压低，开关频率高等优点，在整流、检波、限幅等领域具有重要的应用，其正向着高击穿电压、高开关比、低导通电阻的方向发展。但是，现有技术制备的垂直结势垒肖特基(junction barrier schottky)二极管的耐压低、反向漏电大，且正向电流小。
[0005]鉴于现有技术的上述技术缺陷，需要提供一种改进的GaN基垂直肖特基二极管及其制备方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法，其能够降低漂移层的等效电阻，提高单位面积的电流密度和面积使用率，从而提高了二极管的正向电流密度。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]1)、在厚度为1～4μm的N
+
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GaN层的正面上生长一层厚度为3～9μm的N
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GaN层；
[0010]2)、在所述N
+
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GaN层和N
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GaN层上刻蚀凹槽，所述凹槽的宽度为3～5μm、深度为将所述N
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GaN层刻蚀掉100～500nm；
[0011]3)、整体生长一层厚度为10～40nm的AlGaN层；
[0012]4)、在所述N
+
‑
GaN层的底面上制作阴极；
[0013]5)、在所述AlGaN层上沉积一层厚度为0.1～1μm的介质层；
[0014]6)、刻蚀掉位于所述N
‑
‑
GaN层上面的部分所述AlGaN层和介质层，露出所述N
‑
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GaN层的顶面；
[0015]7)、在暴露出的所述N
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‑
GaN层的顶面上刻蚀出阳极凹槽，所述阳极凹槽的深度为300
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900nm；
[0016]8)、在所述阳极凹槽内以及剩余的所述介质层上制作阳极。
[0017]优选地，所述AlGaN层的Al组分为15％～50％。
[0018]优选地，所述介质层为Al2O3层、SiN层或SiO2层。
[0019]优选地，所述AlGaN层与所述N
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GaN层之间在垂直方向上形成二维电子气且在水平方向上不形成二维电子气。
[0020]优选地，所述阴极采用Ti层、Al层、Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ti层的厚度为20nm、Al层的厚度为160nm、Ni层的厚度为55nm、Au层的厚度为45nm。
[0021]优选地，在所述步骤4)之后，先进行金属快速退火处理，然后再进行步骤5)，所述金属快速退火处理为在870℃的温度下、在N2气氛中进行30s的快速热退火。
[0022]优选地，所述阳极采用Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ni层的厚度为45nm，Au层的厚度为200nm。
[0023]此外，本专利技术还提供一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管，其特征在于，其利用上述制备方法制备而成。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
[0025]1、相比于传统GaN基垂直二极管，本专利技术利用再生长AlGaN层在垂直方向上形成2DEG(二维电子气)，降低了N
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GaN层的等效电阻，提高了二极管的正向电流密度；同时，2DEG的电子迁移率较高，使得二极管拥有更好的频率特性。
[0026]2、相比于传统AlGaN/GaN二极管的水平导电，本专利技术采用垂直2DEG沟道导电，提高了单位面积的电流密度，由此提高了二极管的面积使用率。
附图说明
[0027]图1是N
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GaN层的结构示意图。
[0028]图2是在图1的基础上生长了N
+
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GaN层后的结构示意图。
[0029]图3是在图2的基础上刻蚀了凹槽后的结构示意图。
[0030]图4是在图3的基础上生长了AlGaN层后的结构示意图。
[0031]图5是在图4的基础上制作了阴极后的结构示意图。
[0032]图6是在图5的基础上生长了介质层后的结构示意图。
[0033]图7是在图6的基础上刻蚀掉部分介质层和AlGaN层后的结构示意图。
[0034]图8是在图7的基础上刻蚀了阳极凹槽后的结构示意图。
[0035]图9是在图8的基础上制作了阳极后的结构示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，实施例的内容不作为对本专利技术的保护范围的限制。
[0037]本专利技术涉及一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管及其制备方法，其可以提高单位面积的电流密度和面积使用率，提高二极管的正向电流密度。
[0038]本专利技术的具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管的制备方法包括以下步骤：
[0039]一、如图1所示，提供一N
+
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GaN层1。
[0040]在本专利技术中，所述N
+
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GaN层1作为衬底。优选地，所述N
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GaN层1的厚度为1～4μm。
[0041]二、如图2所示，在所述N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、在厚度为1～4μm的N
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GaN层(1)的正面上生长一层厚度为3～9μm的N
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GaN层(2)；2)、在所述N
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GaN层(1)和N
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GaN层(2)上刻蚀凹槽(a)，所述凹槽(a)的宽度为3～5μm、深度为将所述N
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GaN层(1)刻蚀掉100～500nm；3)、整体生长一层厚度为10～40nm的AlGaN层(3)；4)、在所述N
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GaN层(1)的底面上制作阴极(4)；5)、在所述AlGaN层(3)上沉积一层厚度为0.1～1μm的介质层(5)；6)、刻蚀掉位于所述N
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GaN层(2)上面的部分所述AlGaN层(3)和介质层(5)，露出所述N
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GaN层(2)的顶面；7)、在暴露出的所述N
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GaN层(2)的顶面上刻蚀出阳极凹槽(c)，所述阳极凹槽(c)的深度为300
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900nm；8)、在所述阳极凹槽(c)内以及剩余的所述介质层(5)上制作阳极(6)。2.根据权利要1所述的具有垂直AlGaN/GaN异质结的GaN基肖特基二极管的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：白俊春，程斌，平加峰，汪福进，
申请(专利权)人：江苏芯港半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：