CN106449773B - GaN基肖特基二极管结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GaN基肖特基二极管结构及其制作方法，特征是：包括衬底、位于衬底上的GaN层、位于GaN层上的AlGaN层、阴极金属和阳极金属，阴极金属同时与GaN层和AlGaN层欧姆接触，阳极金属设置于AlGaN层上表面，阳极金属与AlGaN层肖特基接触。在所述衬底和GaN层之间设有缓冲层。本发明所述GaN基肖特基二极管结构，在衬底基板第一主面设有AlGaN层，在AlGaN层和衬底基板之间设有GaN层；在本体左侧设有欧姆接触电极（Cathode），欧姆接触电极同时与AlGaN和GaN层形成欧姆接触；在本体右侧设有肖特基接触电极（Anode）。如果在肖特基接触电极（Anode）增加一定的电压，在AlGaN层和GaN层的接触表面会形成电子通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN基肖特基二极管结构及其制作方法，属于半导体技术领域。
背景技术
目前绝大多数半导体器件都是采用硅（Si）材料制作，随着硅工艺的发展与进步，其器件性能在很多方面都逼近极限值。因此，要寻求更大的具有突破性的提高，只能从新型的半导体材料中寻找出路。半导体器件需要承受高电压、大电流和高温，这就要求其制造材料具有较宽的禁带，较高的临界雪崩击穿场强和较高的热导率。新型的氮化稼（GaN）基宽禁带半导体材料无疑成为制作高性能电力电子器件的优选材料之一。
GaN是目前最受关注的一种宽禁带化合物半导体材料，它具有禁带宽度大、电子漂移速度大、耐高压、耐热分解、耐放射性的特点，GaN的禁带宽度是Si的3倍，击穿场强是Si的10倍。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有半导体封装中存在的采用硅材的半导体器件性能逼近极限值的问题，提出了本发明。
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种GaN基肖特基二极管结构及其制作方法，相对于硅材料的半导体器件具有更优的性能。
按照本发明提供的技术方案，一种GaN基肖特基二极管结构，特征是：包括衬底、位于衬底上的GaN层、位于GaN层上的AlGaN层、阴极金属和阳极金属，阴极金属同时与GaN层和AlGaN层欧姆接触，阳极金属设置于AlGaN层上表面，阳极金属与AlGaN层肖特基接触。
进一步的，在所述衬底和GaN层之间设有缓冲层。
进一步的，所述阳极金属位于AlGaN层和GaN层上表面，分别与AlGaN层和GaN层接触。
进一步的，所述阳极金属与AlGaN层的接触面为阶梯面。
进一步的，在所述AlGaN层上设置通孔，通孔由AlGaN层的上表面延伸至GaN层的上表面，阳极金属通过通孔与GaN层的上表面接触。
所述GaN基肖特基二极管结构的制作方法，特征是，包括以下步骤：
（1）在衬底上表面生长生长GaN层；
（2）在GaN层上表面生长AlGaN层；
（3）在AlGaN层上表面涂第一光刻胶，经曝光、显影得到阴极金属的刻蚀区域；
（4）在阴极金属的刻蚀区域对AlGaN层进行刻蚀得到阴极窗口；
（5）在阴极窗口溅射阴极金属；去除多余阴极金属和第一光刻胶，并进行退火使阴极金属形成欧姆接触；
（6）在器件的上表面涂第二光刻胶，经曝光、显影后漏出阳极窗口；
（7）将AlGaN层的上表面按照需要处理后，在器件的表面溅射阳极金属；去除多余的阳极金属和第二光刻胶，并进行退火使阳极金属形成肖特基接触。
进一步的，所述衬底采用SiC或者蓝宝石基板。
进一步的，在所述衬底和GaN层之间生长一层缓冲层。
进一步的，所述GaN层的厚度为50~200nm。
进一步的，所述AlGaN层的厚度为20~50nm；所述AlGaN层采用AlGaN、AlInN或AlInGaN。
本发明所述GaN基肖特基二极管结构，在衬底基板第一主面设有AlGaN层，在AlGaN层和衬底基板之间设有GaN层；在本体左侧设有欧姆接触电极（Cathode），欧姆接触电极同时与AlGaN和GaN层形成欧姆接触；在本体右侧设有肖特基接触电极（Anode）。如果在肖特基接触电极（Anode）增加一定的电压，在AlGaN层和GaN层的接触表面会形成电子通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明所述GaN基肖特基二极管结构第一种实施例的剖视图。
图2为正方开阳极金属和阴极金属的分布俯视图。
图3为圆形阳极金属和阴极金属的分布俯视图。
图4为本发明所述GaN基肖特基二极管结构第二种实施例的剖视图。
图5为本发明所述GaN基肖特基二极管结构第三种实施例的剖视图。
图6为本发明所述GaN基肖特基二极管结构第四种实施例的剖视图。
图7为本发明所述GaN基肖特基二极管结构第五种实施例的剖视图。
图8～图17为实施例2所述GaN基肖特基二极管结构的制作过程示意图，其中：
图8为在衬底上生长缓冲层的示意图。
图9为生长得到GaN层的示意图。
图10为生长得到AlGaN层的示意图。
图11为光刻得到阴极金属刻蚀区域的示意图。
图12为在阴极金属刻蚀区域对AlGaN层进行刻蚀后的示意图。
图13为溅射阴极金属的示意图。
图14为去除多余阴极金属和第一光刻胶的示意图。
图15为涂第二光刻胶经曝光显影得到阳极金属窗口的示意图。
图16为溅射阳极金属的示意图。
图17为去除多余阳极金属和第二光刻胶的示意图，图17为图2或图3的A-A剖视图。
图中标号：衬底1、GaN层2、AlGaN层3、阴极金属4、阳极金属5、缓冲层6、第一光刻胶7、第二光刻胶8、电子通道9。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实施制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1：
如图1所示，本实施例所述GaN基肖特基二极管结构，包括衬底1、位于衬底1上的GaN层2、位于GaN层2上的AlGaN层3、阴极金属4和阳极金属5，阴极金属4同时与GaN层2和AlGaN层3欧姆接触，阳极金属5设置于AlGaN层3上表面，阳极金属5与AlGaN层3肖特基接触。
如图2、图3所示，所述阳极金属5可以采用正方形或圆形结构，阴极金属4包围环绕阳极金属5、呈方形环或圆环。
实施例2：
如图4所示，本实施例所述GaN基肖特基二极管结构同实施例1，区别在于，在衬底1和GaN层2之间设有缓冲层6，缓冲层6可以采用AlN缓冲层。
实施例3：
如图5所示，本实施例所述GaN基肖特基二极管结构同实施例2，区别在于，阳极金属5位于AlGaN层3和GaN层2上表面，分别与AlGaN层3和GaN层2肖特基接触。
实施例4：
如图6所示，本实施例所述GaN基肖特基二极管结构同实施例3，区别在于，阳极金属5与AlGaN层3的接触面为阶梯面。
实施例5：
如图7所示，本实施例所述GaN基肖特基二极管结构同实施例3，区别在于，在AlGaN层3上设置通孔，通孔由AlGaN层3的上表面延伸至GaN层2的上表面，阳极金属5通过通孔与GaN层2的上表面接触。
实施例6：
本发明所述GaN基肖特基二极管结构的制作方法，包括以下步骤：
（1）如图8所示，采用SiC或者蓝宝石基板作为衬底1，在衬底1上表面生长缓冲层6；
（2）如图9所示，在缓冲层6上生长GaN层2；所述GaN层的厚度为50~200nm；
（3）如图10所示，在GaN层2上表面生长AlGaN层3；所述AlGaN层的厚度为20~50nm；所述AlGaN层可采用AlGaN、AlInN、AlInGaN；
（4）如图11所示，在AlGaN层3上表面涂第一光刻胶7，经曝光、显影得到阴极金属的刻蚀区域；
（5）如图12所示，采用感应耦合等离子体刻蚀（ICP），在阴极金属的刻蚀区域对AlGaN层3进行刻蚀得到阴极窗口；
（6）如图13所示，在阴极窗口溅射阴极金属4；所述阴极金属4可以采用一层或多层金属结构；
（7）如图14所示，去除多余阴极金属和第一光刻胶7，并进行退火使阴极金属形成欧姆接触；
（8）如图15所示，在器件的上表面涂第二光刻胶8，经曝光、显影后漏出阳极窗口；
（9）如图16所示，将AlGaN层3的上表面按照需要处理后，在器件的表面溅射阳极金属5；所述阳极金属为镍（Ni）、铂（Pt）、钛（Ti）或金（Au）；
（10）如图17所示，去除多余的阳极金属5和第二光刻胶8，并进行退火使阳极金属5形成肖特基接触。
本发明所述GaN基肖特基二极管结构，在衬底基板第一主面设有AlGaN层，在AlGaN层和衬底基板之间设有GaN层；在本体左侧设有欧姆接触电极（Cathode），欧姆接触电极同时与AlGaN和GaN层形成欧姆接触；在本体右侧设有肖特基接触电极（Anode）。如果在肖特基接触电极（Anode）增加一定的电压，在AlGaN层和GaN层的接触表面会形成电子通道9。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种GaN基肖特基二极管结构的制作方法，其特征是：所述GaN基肖特基二极管结构包括衬底（1）、位于衬底（1）上的GaN层（2）、位于GaN层（2）上的AlGaN层（3）、阴极金属（4）和阳极金属（5），阴极金属（4）同时与GaN层（2）和AlGaN层（3）欧姆接触，阳极金属（5）设置于AlGaN层（3）上表面，阳极金属（5）与AlGaN层（3）肖特基接触；在所述衬底（1）和GaN层（2）之间设有缓冲层（6）；
所述GaN基肖特基二极管结构的制作方法，包括以下步骤：
（1）在衬底（1）上表面生长GaN层（2）；
（2）在GaN层（2）上表面生长AlGaN层（3）；
（3）在AlGaN层（3）上表面涂第一光刻胶（7），经曝光、显影得到阴极金属的刻蚀区域；
（4）在阴极金属的刻蚀区域对AlGaN层（3）进行刻蚀得到阴极窗口；
（5）在阴极窗口溅射阴极金属（4）；去除多余阴极金属（4）和第一光刻胶（7），并进行退火使阴极金属形成欧姆接触；
（6）在器件的上表面涂第二光刻胶（8），经曝光、显影后漏出阳极窗口；
（7）将AlGaN层（3）的上表面按照需要处理后，在器件的表面溅射阳极金属（5）；去除多余的阳极金属（5）和第二光刻胶（8），并进行退火使阳极金属（5）形成肖特基接触。
2.如权利要求1所述的GaN基肖特基二极管结构的制作方法，其特征是：所述阳极金属（5）与AlGaN层（3）的接触面为阶梯面。
3.如权利要求1所述的GaN基肖特基二极管结构的制作方法，其特征是：所述GaN层（2）的厚度为50~200nm。
4.如权利要求1所述的GaN基肖特基二极管结构的制作方法，其特征是：所述AlGaN层（3）的厚度为20~50nm；所述AlGaN层（3）采用AlGaN、AlInN或AlInGaN。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |