一种复合型GaN基肖特基势垒二极管及其制作方法与流程

本发明涉及微电子器件，具体是指一种复合型gan基肖特基势垒二极管及其制作方法。

背景技术：

1、与第一代半导体材料si以及第二代半导体材料gaas相比，以sic和gan为代表的第三代宽禁带半导体具有高击穿电场强度和电子饱和速度更高等优势，因此从理论上讲，gan功率器件能够获得更低的导通电阻和更高的击穿电压，使功率密度及功耗利用率显著提高。另一方面，gan材料的禁带宽度相较于传统半导体材料更大(3.44ev)，本征载流子浓度低，因此gan器件可在200℃以上的高温以及辐照环境下工作，可靠性和稳定性更高。

2、目前的gan基功率二极管主要由横向和纵向两种器件类型组成。横向器件是通过在沟道层上外延势垒层形成异质结结构，借助gan基材料体系的极化效应，在异质结界面产生二维电子气(2deg)作为导电沟道。因为沟道中的2deg面密度和迁移率都较高，因此横向器件可以实现极低的导通电阻。尤其是近几年被广泛研究的多沟道横向gan基肖特基势垒二极管，通过采用多个异质结的堆叠在阴阳极之间形成多个并联的2deg导电通路，极大地降低了器件的导通电阻，有利于实现高耐压大功率器件。但横向器件中电流崩塌问题较为严重。纵向器件是通过掺杂的gan体材料进行传输导电，由于gan自支撑衬底价格昂贵、成本较高，因此纵向器件多为基于蓝宝石或si衬底的异质外延准垂直器件。对于准垂直器件，由于器件电极在同侧，正向导电时会出现电流集边效应，由此导致热分布不均匀，影响器件的电流驱动能力。

3、所以，一种复合型gan基肖特基势垒二极管及其制作方法成为人们亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提高gan基肖特基二极管的正向电流驱动能力，进而实现大功率器件的制备。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种复合型gan基肖特基势垒二极管，所述复合型gan基肖特基势垒二极管包括衬底层、若干异质结层、传输层、漂移层、介质层、阳极和阴极；

3、所述若干异质结层依次叠设于衬底层上；

4、所述传输层设置于异质结层上；

5、所述漂移层设置于传输层上；

6、所述介质层设置于传输层和漂移层的内侧面上；

7、所述阳极设置于漂移层顶面、介质层侧面和异质阶层的外侧面上；

8、所述阴极设置于传输层顶面、外侧面和异质结层的外侧面上。

9、进一步的，所述衬底层的材质包括但不限于蓝宝石和si。

10、进一步的，所述异质结层包括自下而上设置的gan沟道层和algan势垒层；所述gan沟道层和algan势垒层形成algan/gan异质结，algan层厚度为15～25nm，al的摩尔分数为25～35％，gan层厚度为25-75nm。

11、进一步的，所述传输层为n型重掺杂的gan传输层，所述n型重掺杂的gan传输层的厚度为1-3um；

12、所述漂移层为n型轻掺杂的gan漂移层，所述n型轻掺杂的gan漂移层的厚度为1-9um。

13、进一步的，所述介质层的厚度为50nm-100nm。

14、一种复合型gan基肖特基势垒二极管的制作方法，包括一种复合型gan基肖特基势垒二极管，所述复合型gan基肖特基势垒二极管的制作方法如下所示：

15、步骤1、选取蓝宝石或si作为衬底层；

16、步骤2、在衬底层上，依次生长gan缓冲层、若干异质结层；

17、步骤3、在若干异质结层上生长n型重掺杂的gan传输层和n型轻掺杂的gan漂移层；

18、步骤4、在外延层结构上设置用于侧面阴极接触的台面；

19、步骤5、在外延层结构上设置用于顶面阴极接触的台面；

20、步骤6、在若干异质结层侧面和传输层顶面制作阴极；

21、步骤7、采用icp蚀刻技术对阳极凹槽区域的漂移层和传输层进行刻蚀；

22、步骤8、采用pecvd工艺，在刻蚀区域上淀积形成介质层；

23、步骤9、采用icp刻蚀技术对阳极凹槽区域的介质层和若干异质结层进行刻蚀，确保将阳极凹槽区域algan层全部去除；

24、步骤10、在阳极凹槽区域制作阳极

25、本发明与现有技术相比的优点在于：本发明所制备的复合型gan基肖特基势垒二极管中，通过凹槽设计，使阳极顶部与gan漂移层接触，阳极侧面和底部与多个异质结结构接触，通过台面设计，使阴极与gan传输层和多个异质结结构从侧面和顶部接触；整体上在器件的阴阳极之间形成多个并联的导电通路，使得器件的导通电阻更低、电流驱动能力更强；

26、本发明所制备的复合型gan基肖特基势垒二极管通过引入多沟道横向结构与准垂直结构并联，可以有效缓解准垂直结构中的电流集边效应，使器件工作时电流分布更加均匀，有利于提高器件工作的可靠性；本发明设计合理，值得大力推广。

技术特征：

1.一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述复合型gan基肖特基势垒二极管包括衬底层(1)、若干异质结层(2)、传输层(3)、漂移层(4)、介质层(5)、阳极(6)和阴极(7)；

2.根据权利要求1所述的一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述衬底层(1)的材质包括但不限于蓝宝石和si。

3.根据权利要求1所述的一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述异质结层(2)包括自下而上设置的gan沟道层(8)和algan势垒层(9)；所述gan沟道层(8)和algan势垒层(9)形成algan/gan异质结，algan层厚度为15～25nm，al的摩尔分数为25～35％，gan层厚度为25-75nm。

4.根据权利要求1所述的一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述传输层(3)为n型重掺杂的gan传输层，所述n型重掺杂的gan传输层的厚度为1-3um；

5.根据权利要求1所述的一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述介质层(5)的厚度为50nm-100nm。

6.一种复合型gan基肖特基势垒二极管的制作方法，包括权利要求1-5所述的一种复合型gan基肖特基势垒二极管，其特征在于：所述复合型gan基肖特基势垒二极管的制作方法如下所示：

技术总结
本发明公开了一种复合型GaN基肖特基势垒二极管及其制作方法，复合型GaN基肖特基势垒二极管包括衬底层、若干异质结层、传输层、漂移层、介质层、阳极和阴极；若干异质结层依次叠设于衬底层上；传输层设置于异质结层上；漂移层设置于传输层上；介质层设置于传输层和漂移层的内侧面上；阳极设置于漂移层顶面、介质层侧面和异质阶层的外侧面上；阴极设置于传输层顶面、外侧面和异质结层的外侧面上；本发明所制备的复合型GaN基肖特基势垒二极管中，通过凹槽设计，使阳极顶部与GaN漂移层接触，阳极侧面和底部与多个异质结结构接触，使得器件的导通电阻更低、电流驱动能力更强。

技术研发人员：白俊春,程斌,平加峰,贾永
受保护的技术使用者：上海格晶半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13