一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管及其制造方法，包括由下至上依次设置的衬底(1)、缓冲层(2)、n

【技术实现步骤摘要】
一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及第三代半导体材料和器件
，尤其涉及一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管的结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]肖特基势垒二极管(SBD)是整流电路的关键器件,利用器件的单向导电性能改变电路中电压、电流、频率、导通状态等物理特性，实现电源开关和电力转换等功能，在产业电子化升级过程中，越来越得到重视与应用，是中国工业加工、汽车制造、无线通信、消费电子、电网输变电和新能源等应用领域的核心器件。因而对其正向电流特性、反向耐压特性和高频条件下的工作特性提出了更高的要求。
[0003]传统技术制造的肖特基势垒二极管存在反向泄漏电流大、反向耐压低且稳定性不够好的技术问题,所以制造反向泄漏电流小、反向耐压高、稳定性好的二极管是市场的迫切要求。
[0004]为了解决以上问题，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]氮化镓(GaN)基材料具有高电子迁移率和高电子饱和速度，宽的禁带宽度、高的击穿场等特点,因此使用半导体GaN材料制成的SBD器件，作为可在更加苛刻的工作环境下，能稳定工作的器件，受到广泛的关注。
[0006]本专利技术第一方面提供一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管，其包括：
[0007]衬底1及从所述衬底1上表面由下至上依次设置的缓冲层2、 n
+
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GaN外延层3a和n
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GaN外延层3b，所述n
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GaN外延层3b上表面为肖特基电极设置区域13b，所述n
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GaN外延层3a上表面局部露出，所述露出部分为欧姆电极设置区域13a；
[0008]第一绝缘保护层6a,所述第一绝缘保护层6a覆盖在所述欧姆电极设置区域13a上和所述肖特基电极设置区域13b上，且第一绝缘保护层6a还覆盖在n
+
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GaN外延层3a与n
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GaN外延层3b形成的台阶侧壁面上，所述第一绝缘保护层6a分别在所述欧姆电极设置区域13a 和所述肖特基电极设置区域13b上表面形成有窗口；
[0009]肖特基电极5，其设置在所述肖特基电极设置区域13b的窗口部，所述肖特基电极5的边缘覆盖在所述第一绝缘保护层6a上构成场板结构；
[0010]欧姆电极4，所述欧姆电极4设置在所述欧姆电极设置区域13a 的窗口中。
[0011]其中，所述n
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GaN外延层3b是作为本专利技术的亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管的漂移层，调节n
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GaN外延层3b的厚度可方便地获得所需的肖特基势垒二极管地反向击穿电压。
[0012]优选地，所述二极管还包括设置在所述第一绝缘保护层6a、肖特基电极5的部分区域和欧姆电极4的部分区域上的第二绝缘保护层 6b。
[0013]本专利技术采用的衬底1是根据其上将要形成外延层(即n
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GaN外延层3b和n
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GaN外延
层3a)的材料以及制备方法、入手的易难程度和价格进行适当地选择的。本专利技术考虑到与外延层的晶格及热膨胀系数匹配和成本等因素，优先选择蓝宝石为衬底，此外也可选用其他的衬底，例如碳化硅、硅、锗、氧化物(氧化锌、氧化铝锂、氧化镁、 LiGaO2等)、元素周期表中
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物(GaN、GaAs、AlN、AlGaN 等)、硼化物(AlInN)等。
[0014]为了获得良好的外延材料，必需考虑衬底1和外延材料之间的晶格及热膨胀系数的匹配，通常采用缓冲层2作为衬底1与外延层之间的过渡层。在选择缓冲层2材料时，既要考虑衬底1和外延材料之间的晶格及热膨胀系数匹配，又要考虑缓冲层2上外延的、作为器件层材料的成分、结构及各层形成的方法。本专利技术中优选采用低温生长的 GaN层作为缓冲层2，此外，也可选用AlN等
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物材料。
[0015]优选地，所述缓冲层2的膜厚在1～30nm之间，1～10nm更好，最好3nm～10nm，缓冲层2位错密度应尽量小，否则会影响后续的成膜质量，优选地，位错密度控制在1
×
10
11
/cm2以下。
[0016]优选地，所述欧姆电极4从下到上依次包括钛层、铝层、镍层和金层，所述钛层的厚度为10
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30nm，所述铝层的厚度为80
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150nm，所述镍层的厚度为30
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60nm，所述金层的厚度为50
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500nm。其中钛层与所述n
+
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GaN外延层3a构成欧姆接触。
[0017]优选地，所述肖特基电极5由下至上依次包括氮化镍层和金层，所述氮化镍层的厚度为10
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30nm，所述金层的厚度为50
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500nm，其中氮化镍层与所述n
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GaN外延层3b构成肖特基接触。
[0018]本专利技术第二方面提供一种本专利技术第一方面所述的亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管的制造方法，其包括如下步骤：
[0019]A.在衬底1上依次生长缓冲层2、n
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GaN外延层3a、n
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GaN外延层3b；
[0020]B.在n
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GaN外延层3b的局部区域用刻蚀的方法将n
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GaN外延层 3b除去，露出n
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GaN外延层3a的区域构成欧姆电极设置区域13a，未被刻蚀的n
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GaN外延层3b区域构成肖特基电极设置区域13b；
[0021]C.在欧姆电极设置区域13a上表面、肖特基电极设置区域13b上表面及n
+
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GaN外延层3a与n
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GaN外延层3b形成的台阶侧壁面上沉积第一绝缘保护层6a，所述第一绝缘保护层6a分别在所述欧姆电极设置区域13a和所述肖特基电极设置区域13b上表面形成有窗口；
[0022]D.在所述肖特基电极设置区域13b上表面窗口部用氮离子辅助注入式电子束蒸发镍的方法沉积氮化镍层，然后利用电子束蒸发法在所述氮化镍层上蒸发沉积金层，形成肖特基电极5，肖特基电极5边缘覆盖在所述第一绝缘保护层6a形成场板结构；
[0023]E.利用电子束蒸发工艺在所述欧姆电极设置区域13a上表面窗口部形成欧姆电极4。
[0024]优选地，所述衬底1为蓝宝石，其厚度为430μm，衬底外延生长面的面方位是C面并向m面倾斜0.15度。
[0025]所述缓冲层2可用金属有机化学气相外延法(MOCVD法)或分子束外延法(MBE法)等众所周知的成膜方法形成。
[0026]优选地，采用金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管，其特征在于，包括：衬底(1)及从所述衬底(1)上表面由下至上依次设置的缓冲层(2)、n
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GaN外延层(3a)和n
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GaN外延层(3b)；所述n
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GaN外延层(3b)上表面为肖特基电极设置区域(13b)，所述n
+
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GaN外延层(3a)上表面局部露出，所述露出部分为欧姆电极设置区域(13a)；第一绝缘保护层(6a),所述第一绝缘保护层(6a)覆盖在所述欧姆电极设置区域(13a)上和所述肖特基电极设置区域(13b)上，且第一绝缘保护层(6a)还覆盖在n
+
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GaN外延层(3a)与n
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GaN外延层(3b)形成的台阶侧壁面上，所述第一绝缘保护层(6a)分别在所述欧姆电极设置区域(13a)和所述肖特基电极设置区域(13b)上表面形成有窗口；肖特基电极(5)，其设置在所述肖特基电极设置区域(13b)的窗口部，所述肖特基电极(5)的边缘覆盖在所述第一绝缘保护层(6a)上构成场板结构；欧姆电极(4)，所述欧姆电极(4)设置在所述欧姆电极设置区域(13a)的窗口中。2.根据权利要求1所述的亚垂直结构肖特基势垒二极管，其特征在于，还包括设置在所述第一绝缘保护层(6a)、肖特基电极(5)的部分区域和欧姆电极(4)的部分区域上的第二绝缘保护层(6b)。3.根据权利要求1所述的亚垂直结构肖特基势垒二极管，其特征在于，所述衬底(1)是蓝宝石、碳化硅、硅、锗、氧化锌、氧化铝锂、氧化镁、LiGaO2、GaN、GaAs、AlN、AlGaN、AlInN或ZrB2中的一种。4.根据权利要求1所述的亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管，其特征在于，所述欧姆电极(4)从下到上依次包括钛层、铝层、镍层和金层，所述钛层的厚度为10
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30nm，所述铝层的厚度为80
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150nm，所述镍层的厚度为30
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60nm，所述金层的厚度为50
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500nm，其中钛层与所述n
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GaN外延层(3a)构成欧姆接触。5.根据权利要求1所述的亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管，其特征在于，所述肖特基电极(5)由下至上依次包括氮化镍层和金层，所述氮化镍层的厚度为10
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30nm，所述金层的厚度为50
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500nm，其中氮化镍层与所述n
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GaN外延层(3b)构成肖特基接触。6.根据权利要求6所述的亚垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管，其特征在于，所述缓冲层(2)的膜厚在1～30nm之间，位错密度控...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵春林，闫怀宝，闫发旺，
申请(专利权)人：江西誉鸿锦材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：