一种具有缓变Al组分的准垂直二极管及其制作方法与流程

本发明涉及准垂直二极管的制作工艺，具体是指一种具有缓变al组分的准垂直二极管及其制作方法。

背景技术：

1、作为第三代宽禁带半导体材料的代表，氮化镓(gan)和碳化硅(sic)具有更高的击穿电场，更高的饱和电子速度、高电子密度，高热导率高迁移率以及拥有介电常数小，导电性能好等材料特点,在微电子领域具有广泛的应用前景。

2、sic研究历史长，其技术成熟度更高一些，在高功率领域更具有应用空间，因为它具有更高的热导率，可以更好地散热。此外，sic材料在高温下很稳定，在高温环境下的应用也更具有优势。而相较于sic，gan具有更高的电子迁移率和更高的开关速度，因此在高频微波领域有更好的应用前景。同时较高的击穿电场和饱和电子速度，使得gan器件可以承载更高的能量密度，具有更高的可靠性，且gan垂直器件具有小面积的高击穿电压，不存在表面陷阱，更稳定，具有良好的热性能，因此可以实现更高的性能和更广泛的应用。随着5g、物联网、新能源、新材料等领域的发展，对于高性能、高可靠性、高效率、高温高频等特殊要求的半导体器件需求不断增加，gan注定将在在这些领域扮演重要的角色，成为半导体家族的下一位主角。

3、gan材料在微电子领域具有重要的应用前景，目前发展出了横向器件和垂直器件两大具有各自的优势和应用场景的类型。gan基横向器件已经得到了深入的研究，工艺成熟，已经应用于很多商业产品中，如电源逆变器、led照明、高速驱动器等。gan垂直器件的发展相对慢一些，但近年来受到了越来越多的关注。相较于横向器件，垂直器件可以利用垂直方向上的耗尽来实现小面积的高击穿电压，且其垂直结构使得其性能不受表面陷阱的影响，具有更高的功率密度和更好的热性能，适用于高功率应用。gan垂直器件的制备需要采用复杂的外延生长和制备工艺，利用沟道结构和多层异质结的设计可以达到更好的电学性能。通过多沟道异质结形成多个并联二维电子气通路，使材料方阻显著降低，从而降低器件的导通电阻，提高电流驱动能力；通过掺杂和缓变组分设计可以提高沟道之间的连通性，有效降低接入电阻，提高器件的线性特性；顶层沟道中的2deg存在屏蔽效应，使得底层沟道不受表面的影响，改善由于表面陷阱导致的器件特性退化。

4、所以，一种具有缓变al组分的准垂直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、本发明要解决的技术问题是现有制作gan垂直器件的制备工艺过于复杂、材料方阻过高、器件的导通电阻过大、由于表面陷阱导致器件特性退化。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种具有缓变al组分的准垂直二极管，所述准垂直二极管包括衬底层、缓冲层、若干异质结层、传输层、漂移层、阴极和阳级；所述异质结层包括势垒层和沟道层，所述势垒层为n型掺杂缓变al组分的algan势垒层，所述沟道层为gan薄层；

3、所述缓冲层设置于衬底层上，所述若干异质结层依次叠设于缓冲层上，所述传输层设置于若干异质结层上，所述漂移层设置于传输层上，所述阴极设置于传输层顶面，所述阳极设置于漂移层顶面。

4、进一步的，所述衬底层采用蓝宝石、sic材质制作而成。

5、进一步的，所述n型掺杂缓变al组分自上而下逐渐增大，通过缓变al组分来降低不同沟道之间的势垒高度，提高各沟道中2deg的连通性，进而降低电阻。

6、进一步的，所述沟道层的厚度在10nm以内，以确保各层之间2deg的连通性。

7、一种具有缓变al组分的准垂直二极管的制作方法，包括权力要求1-4所述一种具有缓变al组分的准垂直二极管，所述准垂直二极管的制作方法如下所示；

8、步骤1、选取蓝宝石、sic作为衬底层；

9、步骤2、在蓝宝石衬底、sic衬底层上，生长gan缓冲层，然后依次生长gan沟道薄层和具有缓变al组分的algan势垒层，从而形成3-6层多沟道异质结，具有高浓度和高迁移率的2deg，为器件导电提供载流子，之后生长一层高掺导电传输层，最后生长低掺杂漂移层；

10、步骤3、在所述外延层结构上设置阴极台面；

11、步骤4、对所述器件上表面甩光刻胶；

12、步骤5、对上述光刻胶进行阴极曝光，在阴极槽内形成光刻胶掩模；

13、步骤6、光刻胶显影结束后再次进行烘胶，使光刻胶具有更强的抗刻蚀能力；

14、步骤7：采用cl基刻蚀工艺将光刻胶形成的图形转移到传输层上；

15、步骤8：在露出的结构的阴极区域内淀积金属，形成阴极；

16、步骤9：进行阳极金属淀积。

17、本发明与现有技术相比的优点在于：在本发明所制备的超晶格结构实现传输层电阻下降的准垂直二极管中，传输层下表面与周期性出现的多沟道异质结直接接触，通过多沟道异质结所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力；

18、在本发明所制备的超晶格结构中势垒层为n型掺杂的具有缓变al组分的algan材料，以降低不同沟道之间的势垒高度，提高各沟道中2deg的连通性。

技术特征：

1.一种具有缓变al组分的准垂直二极管，其特征在于：所述准垂直二极管包括衬底层(1)、缓冲层(2)、若干异质结层(3)、传输层(4)、漂移层(5)、阴极(6)和阳级(7)；所述异质结层(3)包括势垒层(8)和沟道层(9)，所述势垒层(8)为n型掺杂缓变al组分的algan势垒层，所述沟道层(9)为gan薄层；

2.根据权利要求1所述的一种具有缓变al组分的准垂直二极管，其特征在于：所述衬底层(1)采用蓝宝石、sic材质制作而成。

3.根据权利要求1所述的一种具有缓变al组分的准垂直二极管，其特征在于：所述n型掺杂缓变al组分自上而下逐渐增大，通过缓变al组分来降低不同沟道之间的势垒高度，提高各沟道中2deg的连通性，进而降低电阻。

4.根据权利要求1所述的一种具有缓变al组分的准垂直二极管，其特征在于：所述沟道层(9)的厚度在10nm以内，以确保各层之间2deg的连通性。

5.一种具有缓变al组分的准垂直二极管的制作方法，包括权力要求1-4所述的一种具有缓变al组分的准垂直二极管，其特征在于，所述准垂直二极管的制作方法如下所示；

技术总结
本发明公开了一种具有缓变Al组分的准垂直二极管及其制作方法，准垂直二极管包括衬底层、缓冲层、若干异质结层、传输层、漂移层、阴极和阳级；异质结层包括势垒层和沟道层，势垒层为n型掺杂缓变Al组分的AlGaN势垒层，沟道层为GaN薄层；在本发明所制备的超晶格结构实现传输层电阻下降的准垂直二极管中，传输层下表面与周期性出现的多沟道异质结直接接触，通过多沟道异质结所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力；在本发明所制备的超晶格结构中势垒层为n型掺杂的具有缓变Al组分的AlGaN材料，降低不同沟道之间的势垒高度，提高各沟道中2DEG的连通性。

技术研发人员：白俊春,程斌,汪福进,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：2024/1/15