一种氮化镓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氮化镓肖特基二极管及其制备方法，属于微电子二极管技术领域。二极管包括由下到上依次设置的阴极金属、n

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法，属于微电子二极管


技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，能源成为限制科技发展速度的重要因素，电力电子技术中的功率器件作为能源转换的核心元件，成为微电子学研究的重点。目前市场上主流的功率器件仍然是硅基器件，但是随着电力电子技术的发展，硅基材料由于本身材料特性参数的制约，无法继续满足功率器件的进一步需求。以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体由于耐高压、耐高温、高频率、高功率以及抗辐射等优异的性能得到了广泛的关注和研究。
[0003]肖特基二极管(SBD)是功率转换系统中的核心元件之一，具有高开关速度、低开启电压、低导通电阻、以多数载流子为主导的的特点。一般来说，氮化镓基肖特基二极管主要包括三种结构：水平结构，准垂直结构和垂直结构。水平结构和准垂直结构大多是在异质外延层上来制备的，但异质外延层中较大的位错密度和晶格失配导致器件存在较大的反向漏电。另外，从结构上来看，水平结构和准垂直结构无法充分利用氮化镓材料宽禁带的特点，电学特性难以达到其材料极限。除此之外，相比于水平结构和准垂直结构，垂直结构可以实现更小的尺寸，可以在很大程度上缓解电场阻塞效应，有利于制备出性能更高的肖特基二极管。
[0004]在衬底选择上，无论是水平器件、准垂直器件还是垂直器件，可以实现同质外延的氮化镓衬底是最理想的材料，但是氮化镓衬底极高的成本和极难的大尺寸生长工艺限制了其广泛应用。
[0005]在氮化镓肖特基二极管中，结边缘的电场聚集往往会导致器件的过早击穿，因此，利用终端结构来平衡结边缘的电场分布是提高反向击穿电压的有效手段。其中，通过离子注入的方法在结边缘引入PN结从而改变器件的空间电荷区是平衡电场的常用方法，但是这种方法工艺复杂，价格昂贵。为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种氮化镓肖特基二极管，在SiC衬底上进行GaN垂直器件的制备，可实现垂直器件的三维电子通道，从而有效提高输出电流密度，降低器件导通阻值，降低器件尺寸，实现器件高功率小型化的使用。
[0007]本专利技术还提供上述氮化镓肖特基二极管的制备方法。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种氮化镓肖特基二极管，包括由下到上依次设置的阴极金属、n
+
型SiC衬底、n
+
型GaN层、无掺杂GaN层和p型GaN层，p型GaN层上设置有阳极金属，阳极金属、p型GaN层和无掺杂GaN层上方覆盖有开孔的SiO2钝化层，SiO2钝化层开孔处设有阳极金属场版。
[0010]根据本专利技术优选的，所述氮化镓肖特基二极管包括下列条件之一或多种：
[0011](1)所述n
+
型GaN层的厚度为10～2000nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
20
cm
‑3；
[0012](2)所述无掺杂GaN层的厚度为1～100μm；
[0013](3)所述p型GaN层的厚度为1～5000nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3；
[0014](4)所述阴极金属的材料为Ni、Ni/Au合金或Ti/Au合金；
[0015](5)所述阳极金属的材料为Ni/Au合金、Pd/Au合金或Al/Au合金；
[0016](6)所述阳极金属场版的材料为Ni/Au合金或Ti/Au合金。
[0017]根据本专利技术进一步优选的，n
+
型GaN层的厚度为1000nm，掺杂元素Si的掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3，无掺杂GaN层的厚度为5μm，p型GaN层的厚度为500nm，掺杂元素Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3，阴极金属的材料为Ni，阳极金属的材料为Ni/Au合金，阳极金属场版的材料为Ni/Au合金。
[0018]上述氮化镓肖特基二极管的制备方法，步骤如下：
[0019]S1、在n
+
型SiC衬底上依次外延生长n
+
型GaN层、无掺杂GaN层和p型GaN层；
[0020]S2、通过干法刻蚀对p型GaN层进行台面刻蚀，刻蚀终点位于无掺杂GaN层；
[0021]S3、通过干法刻蚀对p型GaN层进行中间部分刻蚀，刻蚀终点位于无掺杂GaN层；
[0022]S4、在n
+
型SiC衬底下方蒸镀阴极金属，退火形成欧姆接触；
[0023]S5、在p型GaN层和无掺杂GaN层上方蒸镀阳极金属，形成肖特基接触；
[0024]S6、在无掺杂GaN层、p型GaN层和阳极金属的上方生长SiO2钝化层；
[0025]S7、在SiO2钝化层需要蒸镀阳极金属场版的区域通过光刻显影和干法刻蚀的方法开孔；
[0026]S8、在SiO2钝化层开孔区域蒸镀阳极金属场版(FP)。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤S1中的n
+
型GaN层、无掺杂GaN层、p型GaN层和步骤S6中的SiO2钝化层的生长方法为金属有机化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)等高质量成膜方法，步骤S2中的台面刻蚀、步骤S3中的p型GaN层刻蚀和步骤S7中的SiO2刻蚀的方法为电感耦合等离子体刻蚀(ICP)或反应离子刻蚀(RIE)，步骤S4中阴极金属、步骤S5中阳极金属和步骤S8中阳极金属场版的蒸镀方法为电子束蒸发(EBE)、磁控溅射(MS)或热蒸发(VTE)。
[0028]根据本专利技术进一步优选的，步骤S1中的n
+
型GaN层、无掺杂GaN层、p型GaN层和步骤S6中的SiO2钝化层的生长方法均为金属有机化学气相沉积法(MOCVD)，步骤S2中的台面刻蚀和步骤S3中的p型GaN层刻蚀方法为电感耦合等离子体刻蚀(ICP)，步骤S7中的SiO2刻蚀的方法为反应离子刻蚀(RIE)，步骤S4中阴极金属、步骤S5中阳极金属和步骤S8中阳极金属场版的蒸镀方法均为电子束蒸发(EBE)。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤S2中，采用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)进行台面刻蚀的具体过程为：
[0030]A、提供需要进行ICP刻蚀的n
+
型SiC衬底及其外延材料；
[0031]B、在p型GaN层上涂覆光刻胶；
[0032]C、利用光刻显影技术，在光刻胶上显露出需要刻蚀的p型GaN层区域；
[0033]D、使用电感耦合等离子体装置刻蚀p型GaN层、无掺杂GaN层，刻蚀深度延伸到无掺
杂GaN层；
[0034]E、使用化学溶液去除涂覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓肖特基二极管，其特征在于，包括由下到上依次设置的阴极金属、n
+
型SiC衬底、n
+
型GaN层、无掺杂GaN层和p型GaN层，p型GaN层上设置有阳极金属，阳极金属、p型GaN层和无掺杂GaN层上方覆盖有开孔的SiO2钝化层，SiO2钝化层开孔处设有阳极金属场版。2.如权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管，其特征在于，所述氮化镓肖特基二极管包括下列条件之一或多种：(1)所述n
+
型GaN层的厚度为10～2000nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
20
cm
‑3；(2)所述无掺杂GaN层的厚度为1～100μm；(3)所述p型GaN层的厚度为1～5000nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3；(4)所述阴极金属的材料为Ni、Ni/Au合金或Ti/Au合金；(5)所述阳极金属的材料为Ni/Au合金、Pd/Au合金或Al/Au合金；(6)所述阳极金属场版的材料为Ni/Au合金或Ti/Au合金。3.如权利要求2所述的氮化镓肖特基二极管，其特征在于，n
+
型GaN层的厚度为1000nm，掺杂元素Si的掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3，无掺杂GaN层的厚度为5μm，p型GaN层的厚度为500nm，掺杂元素Mg的掺杂浓度为1
×
10
18
cm
‑3，阴极金属的材料为Ni，阳极金属的材料为Ni/Au合金，阳极金属场版的材料为Ni/Au合金。4.如权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、在n
+
型SiC衬底上依次外延生长n
+
型GaN层、无掺杂GaN层和p型GaN层；S2、通过干法刻蚀对p型GaN层进行台面刻蚀，刻蚀终点位于无掺杂GaN层；S3、通过干法刻蚀对p型GaN层进行中间部分刻蚀，刻蚀终点位于无掺杂GaN层；S4、在n
+
型SiC衬底下方蒸镀阴极金属，退火形成欧姆接触；S5、在p型GaN层和无掺杂GaN层上方蒸镀阳极金属，形成肖特基接触；S6、在无掺杂GaN层、p型GaN层和阳极金属的上方生长SiO2钝化层；S7、在SiO2钝化层需要蒸镀阳极金属场版的区域通过光刻显影和干法刻蚀的方法开孔；S8、在SiO2钝化层开孔区域蒸镀阳极金属场版。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，罗鑫，韩吉胜，崔潆心，钟宇，徐明升，汉多科，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：