一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是，涉及一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

氮化镓(GaN)材料具有高击穿电场，低正向压降以及高热导率等优点，是研制微电子器件，光电子器件的新型半导体材料，被誉为继第一代锗、硅半导体材料、第二代砷化镓、磷化铟化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的，因为具有低正向压降以及快速恢复时间等优势，广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，又可作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，例如在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。

传统肖特基二极管(Schottky diode)是通过让金属与半导体层接触形成肖特基势垒来形成的一种半导体二极管，在常温下，传统的氮化镓肖特基二极管具有的反向漏电流比PN结二极管具有的反向漏电流大，造成反向电压降低，不利于其推广应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮化镓肖特基二极管，有效解决了现有氮化镓肖特基二极管常温状态下使用时反向漏电流大的缺陷，保证了反向电压，利于推广应用。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种氮化镓肖特基二极管，包括从下到上依次设置的衬底层、N型氮化镓层、第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层上设置有第一镂空区，所述第一镂空区内的N型氮化镓层上设有凹槽，所述第一镂空区内的N型氮化镓层上从下到上依次设置有P型氮化镓层、势垒层和金属层，所述P型氮化镓层设置在凹槽内，所述第二钝化层上设置有第二镂空区。

优选的，所述第二镂空区内的金属层上设置有阳极层，所述衬底层远离N型氮化镓层的一侧设置有阴极层。

优选的，所述凹槽为等间距排列多个环状槽，相邻两环状槽之间的间距为0.5μm～1μm。

优选的，所述凹槽的纵截面为倒梯形，所述凹槽深度为0.5μm～1μm。

优选的，所述N型氮化镓层为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷，所述N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为2.5-3.5μm。

优选的，所述第一钝化层和第二钝化层均为硅氧化合物层，所述第二钝化层的厚度为

优选的，所述势垒层由钛、铝、镍、金中任一种或几种组成。

优选的，所述P型氮化镓层中掺杂有元素镁，所述P型氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3，厚度为0.5μm～1μm。

本发明还涉及一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：

S101.在衬底层上依次形成N型氮化镓层和第一钝化层；

S102.在第一钝化层上蚀刻形成第一镂空区；

S103.在第一镂空区内的N型氮化镓层上形成凹槽；

S104.在凹槽中通过化学气相沉积法生长出P型氮化镓层；

S105.在P型氮化镓层表面上沉积势垒层；

S106.在势垒层上沉积金属层；

S107.在金属层上生长第二钝化层，并在第二钝化层上刻蚀形成第二镂空区，即得所述氮化镓肖特基二极管。

进一步的，还包括S108.在第二镂空区内的金属层上沉积阳极层，在衬底层远离N型氮化镓层的一侧沉积阴极层。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明中，N型氮化镓层上设置有凹槽，并在凹槽内生长P型氮化镓层，当给本发明中氮化镓肖特基二极管施加反向电压时，P型氮化镓层与N型氮化镓层形成若干PN结，若干PN结相互连接，阻断了电子的传输通道，从而降低了漏电流，提高了反向电压。

附图说明

图1为本发明中氮化镓肖特基二极管的剖视图；

图2为本发明中氮化镓肖特基二极管的制备流程图；

图3为本发明制备方法中步骤S101形成的中间产品的剖视图；

图4为本发明制备方法中步骤S102形成的中间产品的剖视图；

图5为本发明制备方法中步骤S103形成的中间产品的结构示意图；

图6为本发明制备方法中步骤S103形成的中间产品的剖视图；

图7为本发明制备方法中步骤S104形成的中间产品的剖视图；

图8为本发明制备方法中步骤S105形成的中间产品的剖视图；

图9为本发明制备方法中步骤S106形成的中间产品的剖视图；

图10为本发明制备方法中步骤S107形成的中间产品的剖视图；

其中，1为衬底层、2为N型氮化镓层、3为第一钝化层、301为第一镂空区、4为凹槽、5为P型氮化镓层、6为势垒层、7为金属层、8为第二钝化层、801为第二镂空区、901为阴极层、902为阳极层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明中氮化镓肖特基二极管，包括从下到上依次设置的衬底层1、N型氮化镓层2、第一钝化层3和第二钝化层8，第一钝化层3上设置有第一镂空区301。

第一镂空区301内的N型氮化镓层2上设有凹槽4，第一镂空区301内的N型氮化镓层2上从下到上依次设置有P型氮化镓层5、势垒层6和金属层7，P型氮化镓层5设置在凹槽4内。

第二钝化层8上设置有第二镂空区801，第二镂空区801将金属层7裸露在外。

当给本发明中氮化镓肖特基二极管施加反向电压时，P型氮化镓层5与N型氮化镓层2形成若干PN结，若干PN结相互连接，阻断了电子的传输通道，从而降低了漏电流，提高了反向电压。

本实施方式中，第二镂空区801内的金属层7上设置有阳极层902，作为氮化镓肖特基二极管的阳极，衬底层1远离N型氮化镓层2的一侧设置有阴极层901，作为氮化镓肖特基二极管的阴极。阳极层902和阴极层901可采用金属材质。

优选的，凹槽4为等间距排列多个环状槽，环状槽可以为方形、圆形、梯形、菱形或三角形等环状结构，相邻两环状槽之间的间距为0.5μm～1μm。凹槽的纵截面为倒梯形，凹槽深度为0.5μm～1μm。

优选的，N型氮化镓层为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷，N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为2.5-3.5μm。第一钝化层和第二钝化层均为硅氧化合物层，第二钝化层的厚度为势垒层由钛、铝、镍、金中任一种或几种组成。P型氮化镓生长层中掺杂有元素镁，P型氮化镓生长层的载流子浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3，厚度为0.5μm～1μm。

如图2-10所示，本发明还包括一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：

S101.在衬底层1上依次形成N型氮化镓层2和第一钝化层3(参照图3)；

S102.在第一钝化层3上蚀刻形成第一镂空区301(参照图4)；

S103.在第一镂空301区内的N型氮化镓层2上形成凹槽4(参照图5、6)；

S104.在凹槽4中通过化学气相沉积法生长出P型氮化镓层5(参照图7)；

S105.在P型氮化镓层5表面上沉积势垒层6(参照图8)；

S106.在势垒层6上沉积金属层7(参照图9)；

S107.在金属层7上生长第二钝化层8，并在第二钝化层8上刻蚀形成第二镂空区801(参照图10)，即得所述氮化镓肖特基二极管。

进一步的，还包括S108.在第二镂空区801内的金属层7上沉积阳极层902，在衬底层1远离N型氮化镓层2的一侧沉积阴极层901。

实施例1

制备氮化镓肖特基二极管

S101.在衬底层1上依次形成N型氮化镓层2和第一钝化层3，N型氮化镓,2为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷，N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为2.5μm；衬底层1为碳化硅材质，第一钝化层3为二氧化硅材质。

S102.在第一钝化层3上蚀刻形成第一镂空区301；

S103.在第一镂空区301内的N型氮化镓层2上形成凹槽4，凹槽4为等间距排列多个圆形环状槽，相邻两环状槽之间的间距为0.5μm，凹槽4的纵截面为倒梯形，凹槽4深度为0.5μm；

S104.在凹槽4中通过化学气相沉积法生长出P型氮化镓层5，P型氮化镓层5中掺杂有元素镁，P型氮化镓5层的载流子浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3，厚度为0.5μm；

S105.在P型氮化镓层5表面上沉积势垒层6，势垒层6由钛、铝、镍三种组成；

S106.在势垒层6上沉积金属层7；

S107.在金属层7上生长第二钝化层8，并在第二钝化层8上刻蚀形成第二镂空区801，第二钝化层8的厚度为

S108.在第二镂空区801内的金属层7上沉积阳极层902，在衬底层1远离N型氮化镓层2的一侧沉积阴极层901，即得所述氮化镓肖特基二极管。

实施例2

制备氮化镓肖特基二极管

S101.在衬底层1上依次形成N型氮化镓层2和第一钝化层3，N型氮化镓,2为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷，N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为3μm；衬底层1为蓝宝石材质，第一钝化层3为二氧化硅材质。

S102.在第一钝化层3上蚀刻形成第一镂空区301；

S103.在第一镂空区301内的N型氮化镓层2上形成凹槽4，凹槽4为等间距排列多个方形环状槽，相邻两环状槽之间的间距为0.8μm，凹槽4的纵截面为倒梯形，凹槽4深度为0.6μm；

S104.在凹槽4中通过化学气相沉积法生长出P型氮化镓层5，P型氮化镓层5中掺杂有元素镁，P型氮化镓5层的载流子浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3，厚度为0.6μm；

S105.在P型氮化镓层5表面上沉积势垒层6，势垒层6由钛组成；

S106.在势垒层6上沉积金属层7；

S107.在金属层7上生长第二钝化层8，并在第二钝化层8上刻蚀形成第二镂空区801，第二钝化层8的厚度为

S108.在第二镂空区801内的金属层7上沉积阳极层902，在衬底层1远离N型氮化镓层2的一侧沉积阴极层901，即得所述氮化镓肖特基二极管。

实施例3

制备氮化镓肖特基二极管

S101.在衬底层1上依次形成N型氮化镓层2和第一钝化层3，N型氮化镓,2为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷，N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为3.5μm；衬底层1为氮化铝材质，第一钝化层3为二氧化硅材质。

S102.在第一钝化层3上蚀刻形成第一镂空区301；

S103.在第一镂空区301内的N型氮化镓层2上形成凹槽4，凹槽4为等间距排列多个三角形环状槽，相邻两环状槽之间的间距为1μm。凹槽4的纵截面为倒梯形，凹槽4深度为0.8μm；

S104.在凹槽4中通过化学气相沉积法生长出P型氮化镓层5，P型氮化镓层5中掺杂有元素镁，P型氮化镓5层的载流子浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3，厚度为0.8μm；

S105.在P型氮化镓层5表面上沉积势垒层6，势垒层6由铝、镍、金三种组成；

S106.在势垒层6上沉积金属层7；

S107.在金属层7上生长第二钝化层8，并在第二钝化层8上刻蚀形成第二镂空区801，第二钝化层8的厚度为

S108.在第二镂空区801内的金属层7上沉积阳极层902，在衬底层1远离N型氮化镓层2的一侧沉积阴极层901，即得所述氮化镓肖特基二极管。

本发明中，N型氮化镓层2上设置有凹槽4，并在凹槽4内生长P型氮化镓层5，当给本发明中施加反向电压时，P型氮化镓层5与N型氮化镓层2形成若干PN结，若干PN结相互连接，阻断了电子的传输通道，从而降低了漏电流，提高了反向电压。本发明的氮化镓肖特基二极管融合了传统肖特基二极管和PN结二极管的优点，正向开启电压小，正向可以通过更大电流，反向漏电流小，反向可承受更大的电压和功率，利于大规模推广应用。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。