【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体涉及一种具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管及其制备方法。
技术介绍
1、gan肖特基二极管的结构主要包括体掺杂的垂直结构和异质结的横向结构。其中，体掺杂的垂直结构使用体掺杂的方式形成沟道，虽然可以增加击穿电压，承受更大的输入功率，但是沟道电阻依然较大，且开启电压大；异质结的横向结构采用氮化镓异质结形成二维电子气(2deg)，可以降低势垒高度，减小开启电压，但是由于阳极电极直接与二维电子气接触，导致击穿电压太小，同时也存在导通电阻大等问题。
2、例如，现有技术一《a novel gan-based metal-2deg-metal varactor withcutoff frequency of 3.13thz》(doi：10.1109/ted.2022.3155591)中公开了一种采用氮化镓(gan)制备的肖特基二极管(sbd)，阴极和阳极均采用凹槽电极结构，电极均为肖特基接触，非线性特性依靠肖特基结电容实现；使用algan(氮化镓铝)势垒层和gan层之间形成的二维电子气充当沟道。该肖特基二极管中algan和gan形成的二维电子气浓度不够高，电极与二维电子气直接接触，势垒较小，击穿电压较小，导致输入功率受限。因此，采用该方案的sbd制备的倍频器，输出的高次谐波功率小。
3、现有技术二《multi-channel tri-gate gan power schottky diodes with lowon-resistance》(doi：10.1109/led.2018.28
技术实现思路
1、基于上述问题，本专利技术提供一种具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管。该肖特基二极管具有多沟道结构，并采用三维鱼骨形阳极；多沟道异质结的二维电子气与阳极形成肖特基接触，与阴极形成欧姆接触；实现了开启电压小、导通电阻小、寄生效应小、击穿电压大和整流效率高的目的。
2、具体地，为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，包括依次层叠的衬底、缓冲层、多沟道结构和帽层，以及阳极和阴极；所述多沟道结构包括依次交替层叠的沟道层和势垒层，最底层的所述沟道层位于所述缓冲层背离所述衬底的表面上；所述阴极设置在所述帽层和所述多沟道结构的两侧，并与所述多沟道结构形成欧姆接触；位于所述阴极之间的所述帽层和所述多沟道结构上设置有多个间隔排列的阳极凹槽，所述阳极沉积在所述阳极凹槽内和相邻两个所述阳极凹槽之间的所述帽层的表面，使得所述阳极的整体形成具有阳极场板的三维鱼骨形结构；所述阳极与所述多沟道结构形成肖特基接触。
4、在优选的方案中，沿所述衬底到所述帽层的方向上，所述阳极凹槽的深度与所述阴极的厚度相同。
5、在优选的方案中，所述沟道层的材料为gan或/和ga2o3。
6、在优选的方案中，所述势垒层的材料为aln、algan、inaln、algao中至少一种。
7、在优选的方案中，所述沟道层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～100nm。
8、在优选的方案中，所述势垒层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～50nm。
9、在优选的方案中，所述缓冲层的材料为gan、algan、ga2o3中的一种或者多种。
10、在优选的方案中，所述缓冲层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为500nm～5μm。
11、在优选的方案中，所述帽层的材料为gan或/和sin。
12、在优选的方案中，所述帽层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为1～10nm。
13、在优选的方案中，所述阳极由厚度为1～50nm的ni层和厚度为10～500nm的au层组成。其中，所述ni层和所述au层的厚度均是指沿所述衬底到所述帽层的方向上的尺寸。
14、在优选的方案中，所述阴极沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为0.1～1μm。
15、在进一步优选的方案中，沿所述衬底到所述帽层的方向上，所述阴极依次由厚度为10～50nm的ti层、厚度为100～200nm的al层、厚度为30～100nm的ni层、厚度为30～100nm的au层组成。
16、在优选的方案中，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底中任意一种。
17、本专利技术还提供上述任一项方案所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：
18、s1、准备一外延片，所述外延片包括依次叠加的衬底、缓冲层、多沟道结构和帽层；所述多沟道结构包括依次交替叠加的沟道层和势垒层，最底层的所述沟道层位于所述缓冲层背离所述衬底的表面上；
19、s2、在所述外延片的两侧分别刻蚀出阴极凹槽，刻蚀停止在最底层的所述沟道层中；在所述帽层和所述多沟道组成的结构上刻蚀出多个间隔排列的阳极凹槽；所述阳极凹槽的排列方向与所述衬底到所述帽层的方向垂直且与一侧阴极凹槽到另一侧阴极凹槽的方向垂直；
20、s3、在所述阴极凹槽中沉积阴极金属，在惰性气体氛围下退火，得到阴极；
21、s4、在所述阳极凹槽内部以及相邻两个所述阳极凹槽之间的所述帽层的表面沉积阳极金属，得到三维鱼骨形阳极。
22、在优选的方案中，所述阴极沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为0.1～1μm。
23、在优选的方案中，所述阳极金属为ni和au，沉积的ni层沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为1～50nm，沉积的au层沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为10～500nm。
24、在优选的方案中，步骤s3中退火温度为830～860℃，退火时间为30～60s。
25、在优选的方案中，沿一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向上，所述阳极与所述阴极的距离为100nm～10μm。
26、在优选的方案中，所述阳极的三维鱼骨结构沿第二方向上的宽度为500nm～40μm，沿一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向上的长度为500nm～40μm；所述第二方向与所述衬底指向所述帽层的方向垂直且与一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向垂直。
27、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：(1)寄生效应小：电极直接与2deg接触，电极和沟道的寄生电容和寄生电阻均较小。(2)导通电阻小，电流密度大：同时采用多个异质结构成多沟道结构，每一个沟道均提供一个导电通道，达到提高沟道载流子浓度，降低导通电阻的目的。(3)击穿电压大：阳极设计有鱼骨形的场板结构可以优化凹槽阳极与二维电子接触处的电场分布，降低电场峰值，从而提高器件的击穿电压。(4)开启电压小：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，包括依次层叠的衬底、缓冲层、多沟道结构和帽层，以及阳极和阴极；所述多沟道结构包括依次交替层叠的沟道层和势垒层，最底层的所述沟道层位于所述缓冲层背离所述衬底的表面上；所述阴极设置在所述帽层和所述多沟道结构的两侧，并与所述多沟道结构形成欧姆接触；位于所述阴极之间的所述帽层和所述多沟道结构上设置有多个间隔排列的阳极凹槽，所述阳极沉积在所述阳极凹槽内和相邻两个所述阳极凹槽之间的所述帽层的表面，使得所述阳极的整体形成具有阳极场板的三维鱼骨形结构；所述阳极与所述多沟道结构形成肖特基接触。
2.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述沟道层的材料为GaN或/和Ga2O3；或/和所述势垒层的材料为AlN、AlGaN、InAlN、AlGaO中至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述沟道层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～100nm；或/和所述势垒层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～50nm。
4.根据权利
5.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底中任意一种。
6.权利要求1～5任一项所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阴极沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为0.1～1μm；或/和，所述阳极金属为Ni和Au，沉积的Ni层沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为1～50nm，沉积的Au层沿所述衬底指向所述帽层的方向上的厚度为10～500nm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中退火温度为830～860℃，退火时间为30～60s。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，沿一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向上，所述阳极与所述阴极的距离为100nm～10μm。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阳极的三维鱼骨结构沿第二方向上的宽度为500nm～40μm，沿一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向上的长度为500nm～40μm；所述第二方向与所述衬底指向所述帽层的方向垂直且与一侧所述阴极到另一侧所述阴极的方向垂直。
...【技术特征摘要】
1.一种具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，包括依次层叠的衬底、缓冲层、多沟道结构和帽层，以及阳极和阴极；所述多沟道结构包括依次交替层叠的沟道层和势垒层，最底层的所述沟道层位于所述缓冲层背离所述衬底的表面上；所述阴极设置在所述帽层和所述多沟道结构的两侧，并与所述多沟道结构形成欧姆接触；位于所述阴极之间的所述帽层和所述多沟道结构上设置有多个间隔排列的阳极凹槽，所述阳极沉积在所述阳极凹槽内和相邻两个所述阳极凹槽之间的所述帽层的表面，使得所述阳极的整体形成具有阳极场板的三维鱼骨形结构；所述阳极与所述多沟道结构形成肖特基接触。
2.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述沟道层的材料为gan或/和ga2o3；或/和所述势垒层的材料为aln、algan、inaln、algao中至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述沟道层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～100nm；或/和所述势垒层沿所述衬底到所述帽层的方向上的厚度为2～50nm。
4.根据权利要求1所述的具有三维鱼骨形阳极的多沟道肖特基二极管，其特征在于，所述缓冲层的材料为gan、algan、ga2o3中的一种或者多种；或/和所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴畅，郭涛，王凯，黄镇，刘捷龙，吴佳燕，王瑜，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。