一种复合结构ＡｌＧａＮ／ＧａＮ场效应二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种复合结构ＡｌＧａＮ／ＧａＮ场效应二极管的制作方法，包括：Ａ、依次在衬底上生长缓冲层、ＧａＮ外延层、第一ＡｌＧａＮ层；Ｂ、在第一ＡｌＧａＮ层上生成掩蔽膜；Ｃ、在未被掩蔽的第一ＡｌＧａＮ层上生长第二ＡｌＧａＮ层，去除掩蔽膜形成凹槽；Ｄ、形成两个Ｏｈｍｉｃ电极并合金形成欧姆接触；Ｅ、蒸镀与两个Ｏｈｍｉｃ电极之一相连的Ｓｃｈｏｔｔｋｙ电极。其中，Ｓｃｈｏｔｔｋｙ电极蒸镀窗口通过选择区域生长（ＳＡＧ）的方法形成。本发明专利技术还公开了一种复合结构ＡｌＧａＮ／ＧａＮ场效应二极管，该二极管采用Ｓｃｈｏｔｔｋｙ－Ｏｈｍｉｃ复合结构实现对导电沟道的控制。当施加反向偏压时，Ｓｃｈｏｔｔｋｙ接触可以耗尽二维电子气，关闭导电沟道；当施加正向偏压时，二维电子气导电沟道打开，形成导电通路。本发明专利技术器件结构简单、性能稳定、工艺流程中材料损伤少、可实现低的开启电压。

Composite structure AlGaN / GaN field effect diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a composite structure of AlGaN / GaN field-effect diode manufacturing method, including: A, followed by the growth of buffer layer on the substrate, GaN epitaxial layer, the first layer of AlGaN; B, AlGaN in the first generation of the masking film layer; C, in second AlGaN growth is not the first AlGaN layer masking layer remove the mask, to form a groove; D, the formation of ohmic contact two Ohmic electrode and Schottky electrode alloy; plating is connected with one of the two Ohmic electrode E, steam. Among them, the Schottky electrode evaporation window is formed by selective zone growing (SAG) method. The invention also discloses a composite structure of AlGaN / GaN field-effect diode, the diode is used SchottkyOhmic composite structure to achieve control of the channel. When a reverse bias is applied, the Schottky contact can deplete the two-dimensional electron gas and turn off the conductive channel; when the forward bias voltage is applied, the two-dimensional electron gas conduction channel opens and a conductive path is formed. The device has the advantages of simple structure, stable performance, less material damage in the process flow and low turn-on voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GaN基功率器件领域，尤其涉及一种Schottky-Ohmic复合结构AlGaN/GaN场效应二极管及其制作方法。
技术介绍
现代社会中，电子电力技术不断发展，稳压器、整流器、逆变器等电子器件在日常生活中应用越来越广泛，涉及高压供电、电能管理、工厂自动化和机动车能量分配管理等诸多领域。二极管和开关器件是这些应用领域中不可或缺的组成部分。近年来，具有高频、大功率、低功耗特性的肖特基二极管与PN结二极管等器件相比，以其独特的性能优势越来越引人注目。 传统的功率型肖特基二极管主要采用Si材料制作。由于禁带宽度、电子迁移率等材料特性本身的限制，硅基功率器件的性能已经接近其理论极限，不能满足当今高频、高温及大功率的需求。为了突破Si材料的理论极限，人们已着手寻找具有更优性能的材料。 GaN材料作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和漂移速率高、热稳定性良好等特点。当AlGaN/GaN形成异质结时，由于大的能带带阶及压电极化和自发极化效应，可产生高达1013/cm2的二维电子气，远远超过了传统III-V族电子器件中二维电子气的浓度。基于GaN材料系的以上优势，耐高温、高频、大功率肖特基二极管(SBD)的研究方兴未艾，关键技术围绕着提高击穿电压、增大正向电流、减小正向压降和开启电压等方面不断创新发展。 Furukawa电子公司的Uemoto等人在研究高效逆变器(inverter)时，提出了一种场效应肖特基二极管(FESBD)。该二极管具有导通电压低、恢复时间短、反向击穿电压高等特点。该器件的Schottky电极采用双接触结构以获得低的开启电压，低肖特基势垒金属为Al/Ti合金；高肖特基势垒金属为Pt。 Ohmic电极材料为Al/Ti/Au合金。实现了低于0. IV的开启电压，并且获得了高于400V的反向击穿电压。该FESBD工作原理如下(l)当施加正向偏压时，在AlGaN/GaN异质结面产生二维电子气(2DEG)，正向电流从低肖特基势垒金属出发流向Ohmic电极，因此具有开启电压较低的特性；(2)当施加反向偏压时，从低肖特基势垒金属出发流向Ohmic电极的电流被关断，原因在于高肖特基势垒电极对AlGaN/GaN异质结的场效应作用。参见文献S. Yoshida，et al. ， 〃 AlGaN/GaNfield effect Schottkybarrier diode(FESBD)〃 ， phys.stat. sol. (c) ， vol. 2， no. 7， pp.2602 2606， 2005。 Sharp公司的Takatani等人提出了另一种Schottky-Ohmic复合结构AIGaN/GaN场效应二极管(SOCFED)。该器件在结构上与通过栅极下氟化物等离子体注入实现的增强型场效应管类似，首先在高阻的Si衬底上生长GaN缓冲层，然后生长厚1 P m的GaN外延层和30nm的AlGaN层，再通过RIE向AlGaN层中选择性注入氟化物等离子体，最后形成两个电极，其中一个为Schottky-Ohmic复合结构电极，另一个为Ohmic电极。复合结构电极中的Schottky电极位于氟化物等离子体的上方，并与结构中另一 Ohmic电极相连。该方法利用了 AlGaN层中的氟阴离子来实现Schottky电极对AIGaN/GaN异质结二维电子气的完全耗尽，最终获得了接近0伏的开启电压，以及高于200V的击穿电压。参见文献K.Takatani，et al. ，〃 AlGaN/GaN Schottky-ohmic combined anode field effectdiodewith fluoride-based plasma treatment ， ELECTRONICS LETTERS, vol.44， no.4，2008。几乎同时，香港科技大学的Chen等人提出了一种AlGaN/GaN横向型场效应整流器(L-FER)，同时复合了 AlGaN/GaN增强场效应管的结构。该L-FER与Takatani等人提出的AlGaN/GaNSOCFED结构上完全一致。在制作工艺上，AlGaN/GaN L-FER与AlGaN/GaN增强型场效应管相似，并且都获得了低的开启电压，为GaN功率集成电路提供了一种低损耗的解决方案。该L-FER的正向开启电压为O. 63V，此时电流密度为100A/cm2 ;器件展示了 390V的反向击穿电压(BV)，此时电流为lmA/mm，比导通电阻(R。n, sp)为1. 4mQ cm2，品质因子(BV2/R。n, sp)为108MV/cm2。 参见文献Wanj皿 Chen， et al. ， 〃 High-performance AlGaN/GaNlateralfield-effect rectifiers compatible with high electron mobilitytransistors〃 ，Appl. Phys. Lett. ， vol. 92， 253501， 2008。 上述两种GaN基场效应二极管实现方法的相同点是都利用了 Schottky电极对AlGaN/GaN异质结面二维电子气导电沟道的控制作用。与传统的GaN基功率型Schottky二极管相比，上述两种二极管具有更低的开启电压。但在器件制作上，采用双肖特基势垒电极时工艺过程较复杂，而采用氟化物等离子体注入时会造成材料的损伤以及性能的不稳定。由此可见，在实现低开启电压的同时，如何简化制作工艺，保护半导体表面形貌，是一个值得探讨的问题。 针对现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种器件结构简单、无离子注入或刻蚀造成的材料损伤、性能稳定、可获得低开启电压的Schottky-0hmic复合结构AlGaN/GaN场效应二极管及其制作方法。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种复合结构AlGaN/GaN场效应二极管的制作方法，包括以下步骤 A、依次在衬底上生长缓冲层、GaN外延层、第一AlGaN层；本专利技术中的复合结构AlGaN/GaN场效应二极管，其开启电压可以通过第一层AlGaN层的厚度进行调节，很方便实现低的开启电压。 B、在所述第一 AlGaN层上淀积一层介质掩蔽膜，并通过光刻的方法保留形成Schottky区域之上的掩蔽膜； C、在未被掩蔽的第一 AlGaN层上选择区域生长(SAG)和第一 AlGaN层同样Al组分的第二 AlGaN层，并腐蚀去除介质掩蔽膜，形成凹槽；这样采用选择区域生长(SAG)的方法二次生长形成的Schottky电极蒸镀窗口，即所述凹槽结构，与氟离子注入或等离子刻蚀方法相比提高了器件工作的可靠性。 D、光刻图形后在第二 AlGaN层上形成两个0hmic电极，并合金形成欧姆接触； E、再次光刻图形后，蒸镀Schottky电极，所述Schottky电极填充至所述凹槽内，并与两个0hmic电极之一相连。这样就形成了 Schottky-0hmic的复合结构。 步骤D中，通过蒸镀并合金形成的两个欧姆电极，它们材质为Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Pt/Au，且分别位于凹槽的两侧，以此形成互不接触的两极
技术实现思路
步骤E中，所述Schottky电极为Ni/Au或Pt/Au。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构ＡｌＧａＮ／ＧａＮ场效应二极管的制作方法，包括以下步骤：　　　　Ａ、依次在衬底（１）上生长缓冲层（２）、ＧａＮ外延层（３）、第一ＡｌＧａＮ层（４）；　　　　Ｂ、在所述第一ＡｌＧａＮ层（４）上淀积一层介质掩蔽膜，并通过光刻的方法保留形成Ｓｃｈｏｔｔｋｙ区域之上的掩蔽膜（５）；　　　　Ｃ、在未被掩蔽的第一ＡｌＧａＮ层（４）上选择区域生长和第一ＡｌＧａＮ层（４）同样Ａｌ组分的第二ＡｌＧａＮ层（６），并腐蚀去除介质掩蔽膜（５），形成凹槽（１０）；其特征在于，还包括以下步骤：　　　　Ｄ、光刻图形后在第二ＡｌＧａＮ层（６）上形成两个Ｏｈｍｉｃ电极（７）、（８），并合金形成欧姆接触；　　　　Ｅ、再次光刻图形后蒸镀Ｓｃｈｏｔｔｋｙ电极（９），所述Ｓｃｈｏｔｔｋｙ电极（９）填充至所述凹槽（１０）内，并与Ｏｈｍｉｃ电极（７）或（８）相连。

【技术特征摘要】
一种复合结构AlGaN/GaN场效应二极管的制作方法，包括以下步骤A、依次在衬底(1)上生长缓冲层(2)、GaN外延层(3)、第一AlGaN层(4)；B、在所述第一AlGaN层(4)上淀积一层介质掩蔽膜，并通过光刻的方法保留形成Schottky区域之上的掩蔽膜(5)；C、在未被掩蔽的第一AlGaN层(4)上选择区域生长和第一AlGaN层(4)同样Al组分的第二AlGaN层(6)，并腐蚀去除介质掩蔽膜(5)，形成凹槽(10)；其特征在于，还包括以下步骤D、光刻图形后在第二AlGaN层(6)上形成两个Ohmic电极(7)、(8)，并合金形成欧姆接触；E、再次光刻图形后蒸镀Schottky电极(9)，所述Schottky电极(9)填充至所述凹槽(10)内，并与Ohmic电极(7)或(8)相连。2. 根据权利要求l所述的复合结构AlGaN/GaN场效应二极管的制作方法，其特征在于 步骤D中，通过蒸镀形成欧姆电极(7)和(8)，它们材质为Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Pt/Au，且 分别位于凹槽(10)的两侧。3. 根据权利要求1或2所述的复合结构AlGaN/GaN场效应二极管的制作方法，其特征 在于步骤E中，所述Schottky电极(9)为Ni/Au或Pt/Au。4. 根据权利要求l所述的复合结构AlGaN/GaN场效应二极管的制作方法，其特征在于 步骤A、B中，采用MOCVD方法在110(TC的温度下依次在衬底(1)上生长缓冲层(2)、GaN外 延层(3)、第一AlGaN层(4)，所述衬底(1)为蓝宝石或Si或SiC或GaN ;所述掩蔽膜(5)为 Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，文于华，李佳林，贺致远，江灏，张佰君，王钢，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[]