一种准垂直结构的AlGaN肖特基二极管及制备方法

一种准垂直结构的algan肖特基二极管及制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种准垂直结构的algan肖特基二极管及制备方法。


背景技术：

2.gan材料以及algan材料具有相对于si、gaas具有大禁带宽度、高击穿场强、高电子迁移率、抗辐照以及耐高温等优点。对于横向结构的gan二极管，由于存在较强的自发极化和压电极化效应，algan/gan异质结材料在不进行掺杂的情况下仍然可以形成高密度的二维电子气，实现低的材料方块电阻，从而保证器件良好的正向导通特性，然而电流崩塌等问题制约着横向二极管的发展。而纵向结构的gan二极管主要依靠gan体材料中载流子进行导电，相比之下纵向结构的gan二极管具有较大的正向电流密度，而且几乎不存在电流崩塌现象。
3.传统的准垂直结构的gan肖特基二极管的结构如图1所示，从下至上依次包括衬底、gan缓冲层、gan传输层、gan漂移层，其中，阳极设置于gan漂移层上，阴极设置于gan传输层；相比于全垂直结构的gan肖特基二极管，其具有功率密度高、可靠性高、成本低等优势，但是其击穿电压、电流密度还有进一步提高的潜力。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种准垂直结构的algan肖特基二极管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种准垂直结构的algan肖特基二极管，从下至上依次包括衬底、缓冲层、过渡层、超晶格层和algan漂移层，且阳极设置于所述algan漂移层的上表面，阴极设置于刻蚀部分algan漂移层的所述超晶格层的上表面；其中，所述超晶格层是由aln和gan交替生长形成的周期性结构，或是由algan和gan交替生长形成的周期性结构，以形成高浓度的2deg沟道。
6.在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、sic、si和gan中的任一种。
7.在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述缓冲层为aln，厚度为500nm～2000nm。
8.在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述过渡层为algan，厚度为300nm～1000nm。
9.在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述超晶格层的总厚度为10nm～100nm。
10.在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述algan漂移层为轻掺杂algan漂移层，所述轻掺杂algan漂移层为掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～9
×
10
16
cm-3
的n型掺杂。
11.在本发明的一个实施例中，所述阴极采用ti/al/ni/au或者ti/al/pt/au的金属组合，以形成欧姆接触。
12.在本发明的一个实施例中，所述阳极采用ni/au，以形成肖特基接触。
13.一种准垂直结构的algan肖特基二极管的制备方法，包括：
14.提供衬底，在所述衬底上淀积aln形成缓冲层；
15.在所述缓冲层上淀积algan形成过渡层；
16.在所述过渡层上形成超晶格层，其中，所述超晶格层是由aln和gan交替生长形成的周期性结构，或是由algan和gan交替生长形成的周期性结构；
17.在所述超晶格层上淀积algan形成漂移层；
18.刻蚀algan漂移层外的漂移层，露出所述超晶格层；
19.在露出的超晶格层上淀积金属ti/al/ni/au金属形成阴极；
20.在algan漂移层上淀积金属ni/au形成阳极。
21.本发明的准垂直结构的algan肖特基二极管及其制备方法，使用algan材料代替常规准垂直二极管的gan材料作为漂移层，并引入超晶格结构，超晶格层和algan过渡层一起组成新的algan系统代替传统准垂直sbd的传输层，制备而成的准垂直结构的algan肖特基二极管与传统准垂直结构的gan肖特基二极管相比，具有更高的击穿电压，更低的导通电阻和更高的电流密度。
附图说明
22.图1是传统准垂直结构的gan肖特基二极管的结构示意图；
23.图2是本发明实施例提供的一种准垂直结构的algan肖特基二极管的结构示意图；
24.图3是本发明实施例提供的一种准垂直结构的algan肖特基二极管的制备方法流程示意图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
26.请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种准垂直结构的algan肖特基二极管的结构示意图，本发明的准垂直结构的algan肖特基二极管，从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、过渡层3、超晶格层4和algan漂移层5，且阳极7设置于algan漂移层5的上表面，阴极6设置于刻蚀部分algan漂移层5的超晶格层4的上表面；其中，超晶格层是由aln和gan交替生长形成的周期性结构，或是由algan和gan交替生长形成的周期性结构。
27.本发明实施例的准垂直结构的algan肖特基二极管，衬底1可以为蓝宝石、sic、si和gan中的任一种；缓冲层2的材料优选为aln，厚度为500nm～2000nm；过渡层3的材料优选为algan，厚度为300nm～1000nm；超晶格层4的总厚度优选为10nm～100nm。
28.进一步地，本发明的algan漂移层5为轻掺杂algan漂移层，轻掺杂algan漂移层为掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～9
×
10
16
cm-3
的n型掺杂。
29.进一步地，本发明的阴极6采用ti/al/ni/au或者ti/al/pt/au的金属组合，以形成欧姆接触；阴极6采用ti/al/ni/au或者ti/al/pt/au的金属组合，以形成欧姆接触。
30.如图1所示的传统准垂直结构的gan肖特基二极管，电流从阳极经过轻掺杂的漂移层，再流过重掺杂的传输层到阴极，因为阳极和阴极不在同一水平面，漂移区中电流会集中在阳极下方边缘，这样使得整体的平均电流密度下降，导通电阻上升，一般可以通过提高漂
移区的掺杂浓度来改善电流分布，但对于gan材料和algan材料，其掺杂浓度的一直提高又会影响器件的其它性能。因此本发明提供的准垂直结构的algan肖特基二极管，通过插入一层极薄的gan/aln超晶格结构层或者gan/algan超晶格结构层，这种超晶格结构中分别具有多个gan/aln异质结或者gan/algan异质结，由于超晶格结构本身的性质，在提高al组分的同时，可以保持材料表面相对良好，改善了异质结载流子的特性，整个超晶格层形成一个具有高浓度2deg的导体。在漂移区下方由超晶格结构以及algan过渡层形成的体系来代替原来的高掺杂的传输层，会起到更好地改善电流分布，减少电流集边效应的效果，且可以降低导通电阻。此外，由于超晶格结构中2deg的浓度非常高，直接和阴极相连形成，能更好的形成欧姆接触，降低欧姆接触阻值。本发明提供的准垂直结构的algan肖特基二极管，相对于传统的准垂直结构的gan肖特基二极管，还在于用algan材料替代gan材料，会使得器件具有更高的击穿电压和更好的高温特性。
31.请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种准垂直结构的algan肖特基二极管的制备方法流程示意图。在上述结构实施例的基础上，本发明提供了一种准垂直结构的algan肖特基二极管的制备方法，包括：
32.s1、提供衬底1，在衬底上淀积aln形成缓冲层2。
33.具体地，该步骤可以包括：
34.提供衬底1，将衬底放入hf酸溶液中浸泡1min，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗10min以消除表面悬挂键，将清洗吹干后的衬底在h2氛围反应室的1050℃温度下进行热处理10分钟，以去除表面污染物，采用mocvd工艺淀积生长500nm～2000nm的aln缓冲层2。
35.s2、在缓冲层2上淀积algan形成过渡层3。
36.具体地，该步骤可以包括：
37.在缓冲层2上，采用mocvd工艺淀积300nm～1000nm的algan过渡层3。
38.s3、在过渡层3上淀积超晶格层4，其中，超晶格层4是由aln和gan交替生长形成的周期性结构，或是由algan和gan交替生长形成的周期性结构；具体地，该步骤可以包括：
39.在过渡层3上，在gan缓冲层2上采用mocvd工艺淀积厚度为10nm～100nm的超晶格层4，淀积的一种方式是aln和gan的多层交替淀积；另一种方式是algan和gan的多层交替淀积。
40.s4、在超晶格层4上淀积algan形成漂移层5。
41.具体地，该步骤可以包括：
42.在超晶格层4上，采用mocvd工艺淀积algan漂移层5。algan漂移层5为轻掺杂algan漂移层，轻掺杂algan漂移层为掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～9
×
10
16
cm-3
的n型掺杂。
43.s5、刻蚀algan漂移层5外的漂移层，露出超晶格层4。
44.具体地，该步骤可以包括：
45.刻蚀最后保留的algan漂移层外5的其余部分漂移层，露出超晶格层4，以便于下一步在超晶格层上制作电极。
46.s6、在露出的超晶格层4上淀积金属ti/al/ni/au金属形成阴极6。
47.具体地，该步骤可以包括：
48.在algan层5上制作掩膜，形成欧姆窗口，放入e-beam电子束蒸发设备，采用电子束
蒸发工艺淀积阴极6，ti/al/ni/au金属作为阴极6，形成欧姆接触。
49.s7、在algan漂移层5上淀积金属ni/au形成阳极7。
50.具体地，该步骤可以包括：
51.在超晶格层4上制作掩膜，形成肖特基窗口，将形成栅极窗口的样品放置在电子束蒸发反应室中，采用电子束蒸发工艺淀积金属ni/au作为阳极7，形成肖特基接触。
52.本发明实施例提供的准垂直结构的algan肖特基二极管的制备方法，使用algan材料代替常规准垂直二极管的gan材料作为漂移层，并引入超晶格结构，超晶格层和algan过渡层一起组成新的algan系统代替传统准垂直sbd的传输层，制备而成的准垂直结构的algan肖特基二极管具有更高的击穿电压；且由于超晶格结构的引入，会形成多个浓度非常高的2deg沟道，而具有浓度非常高的2deg沟道的超晶格层直接和阴极相连，能更好的形成欧姆接触，降低欧姆接触阻值。此外，在漂移区下方由于超晶格结构以及algan过渡层形成的体系来代替原来的高掺杂的传输层，会起到更好的改善电流分布，减少电流集边效应的效果，可以降低导通电阻。
53.综上，本发明提出的基于超晶格结构的algan准垂直肖特基二极管机及其制备方法，与传统准垂直结构的gan肖特基二极管相比，具有更高的击穿电压，更低的导通电阻和更高的电流密度。
54.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。