一种凹槽型GaN基肖特基二极管的制作方法

一种凹槽型gan基肖特基二极管
技术领域
1.本实用新型涉及电子元器件制造技术领域，具体涉及一种凹槽型gan基肖特基二极管。


背景技术：

2.相对较低的传导损耗和较快的开关速度，gan基功率器件有望满足高频开关的要求。在过去的几十年中，gan外延、功率器件设计和制造、封装和模块等方面取得了巨大进展。由于肖特基势垒二极管具有强非线性效应、速度快及容易系统集成等特点，常作为倍频器、混频器和检波器的关键器件应用于微波、毫米波及太赫兹波电路中。
3.迄今为止，gan sbd（肖特基二极管）制作的常用方法就是在顶层氮化镓上分别淀积欧姆接触的阴极和肖特基接触的阳极，通过阳极电压控制二维电子气导通与否控制sbd的开关，如图1所示。该结构中gan沟道层击穿场强有限，其击穿电压不如用algan层作为其导电沟道的器件。直接采用algan合金沟道的sbd器件由于合金无序散射的影响，导致algan/gan异质结构迁移率大幅降低，极大限制了gan肖特基二极管在电力电子领域中的应用。上述技术问题，是本领域技术人员致力于解决的事情。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种凹槽型gan基肖特基二极管。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种凹槽型gan基肖特基二极管，包括由下至上依次层叠设置的衬底、gan沟道层、algan势垒层及表面钝化层，还包括：
6.阳极，设置在表面钝化层上，且其底部依次穿过表面钝化层、algan势垒层后与gan沟道层相接触，所述阳极与所述gan沟道层形成肖特基接触；
7.阴极，设置在表面钝化层上，且围设在所述阳极的外周，所述阴极与所述阳极之间存在间距，所述阴极的底部依次穿设表面钝化层、algan势垒层后与gan沟道层相接触，所述阴极与所述gan沟道层形成欧姆接触。
8.作为一种具体的实施方式，所述衬底为si衬底，所述衬底的厚度为400-500nm。
9.作为一种具体的实施方式，所述gan沟道层和algan势垒层均通过金属有机化学气相沉积法制作而成。
10.作为一种具体的实施方式，所述gan沟道层的厚度为1-2μm，algan势垒层的厚度为17-25nm。
11.作为一种具体的实施方式，所述表面钝化层为si3n4层。
12.作为一种具体的实施方式，所述表面钝化层是采用了低压化学气相沉积法在algan势垒层沉积而成。
13.作为一种具体的实施方式，所述阴极与所述阳极之间的间距为5-30μm。
14.作为一种具体的实施方式，所述阴极，其采用的金属材料为ti/al/ni/au，金属厚度为20/120/40/50nm，所述阳极，其采用的金属材料为ni/au，金属厚度为50/300nm。
15.由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
16.1）本实用新型的凹槽型gan基肖特基二极管，通过凹槽阳极来消除algan势垒层接触势垒后的薄势垒，使相同电压下，沟道的电场变大，电子隧穿概率增大，电子更容易穿过肖特基势垒到达沟道，最终使相同电压下的电流变大，因此凹槽型的sbd的开启电压比非凹槽型要小得多；
17.2）本实用新型的凹槽型gan基肖特基二极管，阳极依次穿过表面钝化层、algan势垒层后与gan沟道层处的二维电子气直接接触，可降低开启电压，提高正向导通电流；
18.3）本实用新型的凹槽型gan基肖特基二极管，在algan势垒层表面设置表面钝化层，能够有效抑制电流崩塌。
附图说明
19.附图1为现有gan肖特基二极管的结构示意图；
20.附图2为本实用新型所述的凹槽型gan基肖特基二极管的结构示意图；
21.附图3为本实用新型所述的凹槽型gan基肖特基二极管的制备方法流程图；
22.其中：1、衬底；2、gan沟道层；3、algan势垒层；4、表面钝化层；5、阳极；6、阴极。
具体实施方式
23.下面结合附图及具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
24.本例中提供一种凹槽型gan基肖特基二极管，包括由下至上依次层叠设置的衬底1、gan沟道层2、algan势垒层3及表面钝化层4，还包括：
25.阳极5，设置在表面钝化层4上，且其底部依次穿过表面钝化层4、algan势垒层3后与gan沟道层2相接触，阳极5与gan沟道层2形成肖特基接触；
26.阴极6，设置在表面钝化层4上，且围设在阳极5的外周，阴极6与阳极5之间存在间距，阴极6的底部依次穿设表面钝化层4、algan势垒层3后与gan沟道层2相接触，阴极6与gan沟道层2形成欧姆接触。
27.这里，该衬底1采用了si衬底，衬底1的厚度可设置为400-500nm，本例中该衬底1的厚度为500nm。gan沟道层2的厚度为1-2μm，algan势垒层3的厚度为17-25nm，表面钝化层4为si3n4层，其厚度为300nm。阴极6与阳极5之间的间距为5-30μm。阴极6，其采用的金属材料为ti/al/ni/au，金属厚度为20/120/40/50nm，阳极5，其采用的金属材料为ni/au，金属厚度为50/300nm。
28.本例中，还提供了上述凹槽型gan基肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：
29.1）在si衬底1上采用金属有机化学气相沉积法（mocvd）依次外延生长gan、algan材料，以形成gan沟道层2和algan势垒层3，这里该si衬底1的厚度为500nm，gan沟道层2的厚度为1-2μm，algan势垒层3厚度的为20nm，如图3所示；
30.2）有机清洗，对步骤1）中的样品先使用丙酮溶液进行超声清洗2分钟，之后再将样品放入乙醇溶液中超声3分钟用以去除样品表面残留的丙酮溶液，之后再用稀释的氟化氢溶液（hf：h2o=1:25）浸泡样品1分钟来去除表面氧化物和无机污染物。最后用流动的去离子水冲干净，并用氮气枪吹干；
31.3）表面钝化，采用低压化学气相淀积法（lpcvd）在algan势垒层3的上表面沉积
si3n4，形成表面钝化层4；
32.4）台面隔离，对步骤2）处理后的样品进行台面刻蚀技术，刻蚀气体为氯气，刻蚀深度为150nm；
33.5）制作阴极，光刻显影出阴极窗口，进行刻蚀，使用电子束蒸镀依次在gan沟道层表面沉积厚20nm的ti金属、厚120nm的al金属、厚40nm的ni金属及厚50nm的au金属，之后将样品放在860℃高温下的氮气环境中快速退火形成欧姆接触；
34.6）肖特基凹槽刻蚀，使用电感耦合等离子体( icp) 干法刻蚀去除肖特基接触区的 algan 势垒层，使肖特基金属直接与2deg 接触，使用的气体为cl2/bcl3；
35.7）制作阳极，肖特基金属蒸发，采用电子束蒸发设备在gan沟道层表面沉积厚50nm的ni、厚300nm的au双层金属，之后置于450℃的氮气氛围中快速退火5min。
36.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。