CN104851921B - 一种垂直结构的GaN基肖特基二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直结构的GaN基肖特基二极管及其制作方法，涉及半导体器件技术领域。包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的衬底，在所述的衬底上外延生长高掺杂的N+型GaN层，在所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N‑型GaN层，在所述的N‑型GaN层上部蒸发有肖特基接触电极，所述肖特基接触电极通过空气桥与阳极电极连接，所述衬底底面刻蚀有第一刻蚀孔，衬底正面刻蚀有第二刻蚀孔，所述第一刻蚀孔在所述衬底与N+型GaN层连接处的正下方，第二刻蚀孔在阴极电极和N+型GaN和N‑型GaN台面结构之间，所述第一刻蚀孔和第二刻蚀孔内蒸发有欧姆接触电极，欧姆接触电极通过电镀金属层与阴极电极连接。本发明缩短了欧姆接触与肖特基接触之间的距离，减小了器件的扩展电阻，提高了器件的截至频率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域。
背景技术
以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点。
由于GaN材料的电子迁移率相比GaAs较低，基于GaN材料制备的肖特基二极管的串联电阻很大，导致器件的截止频率和工作频率很难达到GaAs基器件的水平。串联电阻有三部分构成，包括了欧姆接触电阻，N-型GaN外延层电阻和N+型GaN外延层扩展电阻。平面结构的器件是欧姆接触与肖特基接触之间的距离比较大，一般为4μm，进一步缩小器件的寄生电容会增加很多。工作频率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直结构的GaN肖特基二极管及其制作方法，缩短了欧姆接触与肖特基接触之间的距离，降低器件的串联电阻，有效提高了工作频率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的衬底，在所述的衬底上外延生长高掺杂的N+型GaN层，在所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N-型GaN层，在所述的N-型GaN层上部蒸发有肖特基接触电极，所述肖特基接触电极通过空气桥与阳极电极连接，所述衬底底面刻蚀有第一刻蚀孔，衬底正面刻蚀有第二刻蚀孔，所述第一刻蚀孔在所述衬底与N+型GaN层连接处的正下方，第二刻蚀孔在阴极电极和N+型GaN和N-型GaN台面结构之间，所述第一刻蚀孔和第二刻蚀孔内蒸发有欧姆接触电极，欧姆接触电极通过电镀金属层与阴极电极连接。
优选的，所述在衬底上外延生长高掺杂的N+型GaN层，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
优选的，所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N-型GaN层，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
优选的，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
优选的，所述欧姆接触电极为依次蒸发钛、铝、镍、金金属层并通过高温快速退火形成。
优选的，所述肖特基接触电极为Ti/Au合金金属层。
一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
（1）在衬底上外延生长N+型GaN层上；
（2）在所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N-型GaN层；
（3）采用干法刻蚀将衬底与N+型GaN层的接触界面处进行机械减薄至50μm以下，形成第一刻蚀孔；
（4）在第一刻蚀孔内蒸发金属层，其金属层依次为钛、铝、镍、金，并通过高温快速退火形成欧姆接触；
（5）在衬底上光刻出PAD图形，采用电镀方法形成阴极PAD；
（6）将衬底用wafer banding方法粘合到二次衬底，便于进行正面工艺；
（7）对整个材料正面进行干法刻蚀，刻蚀出N+型GaN和N-型GaN台面结构，在N-型GaN层台面上蒸发金属层，形成肖特基接触；
（8）对整个材料正面阴极PAD上面的部分进行干法刻蚀，刻蚀至露出背面金属，即第二刻蚀孔；
（9）采用电镀方法制作空气桥，将肖特基接触引到阳极PAD，同时电镀实现阴极PAD与欧姆接触连接；
（10）将二次衬底进行剥离，并进行分片，得到分立器件。
优选的，所述步骤（1）中所述的衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底；所述步骤（1）中的N+型GaN层掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
优选的，所述步骤（2）中的N-型GaN层掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
优选的，所述步骤（7）中的肖特基接触为Ti/Au合金金属层。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 本发明采用垂直结构的GaN基肖特基二极管，采用干法刻蚀将衬底与N+型GaN层的接触界面处蒸发欧姆接触金属层，采用电镀方法制作空气桥，将肖特基接触引到阳极PAD，同时电镀实现阴极PAD与欧姆接触连接，实现最小的肖特基接触与欧姆接触距离，最大限度的降低了扩展电阻，提高了器件工作频率，同时兼顾了GaN器件耐功率的特点，可以实现毫米波和亚毫米波段的大功率倍频器。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中，1衬底，2N+型GaN层，3N-型GaN层，4肖特基接触电极，5阴极电极，6阳极电极，7空气桥，8欧姆接触电极，9第一刻蚀孔，10第二刻蚀孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明是一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的衬底1，在所述的衬底1上外延生长高掺杂的N+型GaN层2，在所述的N+型GaN层2上外延生长高掺杂的N-型GaN层3，在所述的N-型GaN层3上部蒸发有肖特基接触电极4，所述肖特基接触电极4通过空气桥7与阳极电极6连接，所述衬底1底面刻蚀有第一刻蚀孔9，衬底正面刻蚀有第二刻蚀孔10，所述第一刻蚀孔9在所述衬底1与N+型GaN层2连接处的正下方，第二刻蚀孔10在阴极电极5与N+型GaN和N-型GaN台面结构之间，所述第一刻蚀孔9和第二刻蚀孔10内蒸发有欧姆接触电极8，欧姆接触电极8通过电镀金属层与阴极电极5连接；所述在衬底1上外延生长高掺杂的N+型GaN层2，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间；所述的N+型GaN层2上外延生长高掺杂的N-型GaN层3，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间；所述衬底1为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底；所述欧姆接触电极8为依次蒸发钛、铝、镍、金金属层并通过高温快速退火形成；所述肖特基接触电极4为Ti/Au合金金属层。
一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
（1）在硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底上外延生长N+型GaN层上，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间；
（2）在所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N-型GaN层，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间；
（3）采用干法刻蚀将衬底与N+型GaN层的接触界面处进行机械减薄至50μm以下，形成第一刻蚀孔；
（4）在第一刻蚀孔内蒸发金属层，其金属层依次钛、铝、镍、金，并通过高温快速退火形成欧姆接触；
（5）在衬底上光刻出PAD图形，采用电镀方法形成阴极PAD；
（6）将衬底用wafer banding方法粘合到二次衬底，便于进行正面工艺；
（7）对整个材料正面进行干法刻蚀，刻蚀出N+型GaN和N-型GaN台面结构，在N-型GaN层台面上蒸发Ti/Au金属层，形成肖特基接触；
（8）对整个材料正面阴极PAD上面的部分进行干法刻蚀，刻蚀至露出背面金属，即第二刻蚀孔；
（9）采用电镀方法制作空气桥，将肖特基接触引到阳极PAD，同时电镀实现阴极PAD与欧姆接触连接；
（10）将二次衬底进行剥离，并进行分片，得到分立器件。
Claims (10)
1.一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
(1)在衬底上外延生长N+型GaN层上；
(2)在所述的N+型GaN层上外延生长高掺杂的N-型GaN层；
(3)采用干法刻蚀将衬底与N+型GaN层的接触界面处进行机械减薄至50μm以下，形成第一刻蚀孔；
(4)在第一刻蚀孔内蒸发金属层，其金属层依次为钛、铝、镍、金，并通过高温快速退火形成欧姆接触；
(5)在衬底上光刻出PAD图形，采用电镀方法形成阴极PAD；
(6)将衬底用晶片键合方法粘合到二次衬底，便于进行正面工艺；
(7)对整个材料正面进行干法刻蚀，刻蚀出N+型GaN和N-型GaN台面结构，在N-型GaN层台面上蒸发金属层，形成肖特基接触；
(8)对整个材料正面阴极PAD上面的部分进行干法刻蚀，刻蚀至露出背面金属，即第二刻蚀孔；
(9)采用电镀方法制作空气桥，将肖特基接触引到阳极PAD，同时电镀实现阴极PAD与欧姆接触连接；
(10)将二次衬底进行剥离，并进行分片，得到分立器件。
2.根据权利要求1所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述的衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底；所述步骤(1)中的N+型GaN层掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
3.根据权利要求1所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中的N-型GaN层掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
4.根据权利要求1所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤(7)中的肖特基接触为Ti/Au合金金属层。
5.一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述垂直结构的GaN基肖特基二极管采用如权利要求1至4任一项所述的制作方法制作，所述垂直结构的GaN基肖特基二极管包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的衬底(1)，在所述的衬底(1)上外延生长高掺杂的N+型GaN层(2)，在所述的N+型GaN层(2)上外延生长高掺杂的N-型GaN层(3)，在所述的N-型GaN层(3)上部蒸发有肖特基接触电极(4)，所述肖特基接触电极(4)通过空气桥(7)与阳极电极(6)连接，所述衬底(1)底面刻蚀有第一刻蚀孔(9)，衬底正面刻蚀有第二刻蚀孔(10)，所述第一刻蚀孔(9)在所述衬底(1)与N+型GaN层(2)连接处的正下方，第二刻蚀孔(10)在阴极电极(5)与N+型GaN和N-型GaN台面结构之间，所述第一刻蚀孔(9)和第二刻蚀孔(10)内蒸发有欧姆接触电极(8)，欧姆接触电极(8)通过电镀金属层与阴极电极(5)连接。
6.根据权利要求5所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述在所述衬底(1)上外延生长高掺杂的N+型GaN层(2)，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
7.根据权利要求5所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述的N+型GaN层(2)上外延生长高掺杂的N-型GaN层(3)，掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
8.根据权利要求5所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述衬底(1)为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
9.根据权利要求5所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述欧姆接触电极(8)为依次蒸发钛、铝、镍、金金属层并通过高温快速退火形成。
10.根据权利要求5所述的一种垂直结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于：所述肖特基接触电极(4)为Ti/Au合金金属层。
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