一种低开启电压的GaN肖特基二极管的制备方法

一种低开启电压的gan肖特基二极管的制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种低开启电压的gan肖特基二极管的制备方法。


背景技术：

2.随着传统硅基功率器件的性能接近其物理极限，氮化镓(gan)具有材料优势，如大的能带带隙，高击穿电场和高电子迁移率，已经被公认为用于下一代电力设备最有希望的材料。与si或sic肖特基二极管(sbd)相比，gan有较高的电子迁移率，而且理论上可以实现更高的反向击穿电压，gan肖特基二极管(sbd)被认为更适用于高频、高功率应用。
3.然而，与传统的si肖特基二极管相比，gan有更高的开启电压(一般大于0.5v)，而si肖特基二极管的开启电压可以达到0.3v，这意味着gan二极管在实际应用中有更大的功率损耗。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种低开启电压的gan肖特基二极管的制备方法，包括：
5.在gan外延片的ga面的两侧进行刻蚀形成中间凸起区域，在n面电镀欧姆电极；
6.对ga面的中间凸起区域进行光刻，形成暴露的阳极区域；
7.对阳极区域进行等离子体处理以制备低开启电压的二极管，并在处理后的表面蒸镀金属形成肖特基接触电极。
8.进一步地，还包括：
9.利用丙酮，异丙醇，稀盐酸和去离子水依次对gan外延片进行清洗，去除表面有机物和gan表面原生氧化物。
10.进一步地，还包括：电镀欧姆电极后，在700-900℃,n2氛围下退火。
11.进一步地，欧姆电极为ti、al、ni或au的至少一种。
12.进一步地，还包括：
13.利用光刻胶在ga面的两侧形成等离子处理的阻挡层。
14.进一步地，等离子体处理的功率为200-300w，时间为80-120s。
15.进一步地，肖特基接触电极为ni或au。
16.进一步地，使用o2等离子体或f等离子体进行处理。
17.本发明实施例的有益效果是：本发明提出了一种用氧气等离子体处理gan表面降低gan sbd开启电压的方法，其中，o2等离子体技术容易实现，易于工业化，且通过o2等离子体处理能有效地降低gan sbd的开启电压，减少器件的功耗。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
19.图1为本发明的实施例提供的一种低开启电压的gan肖特基二极管的结构示意图；
20.图2和图3为本发明的实施例提供的gan肖特基二极管的检测图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
22.本发明实施例提供一种低开启电压的gan肖特基二极管的制备方法，如图1所示为本发明实施例提供的低开启电压的gan肖特基二极管的结构示意图，该制备方法包括：
23.步骤一、在gan外延片的ga面的两侧进行刻蚀形成中间凸起区域，在n面电镀欧姆电极；
24.步骤二、对ga面的中间凸起区域进行光刻，形成暴露的阳极区域；
25.步骤三、对阳极区域进行等离子体处理以制备低开启电压的二极管，并在处理后的表面蒸镀金属形成肖特基接触电极。
26.在其它实施例中，还包括：
27.利用丙酮，异丙醇，稀盐酸和去离子水依次对gan外延片进行清洗，去除表面有机物和gan表面原生氧化物。电镀欧姆电极后，在700-900℃,n2氛围下退火。其中，欧姆电极为ti、al、ni或au的至少一种。
28.进一步地，还包括：利用光刻胶在ga面的两侧形成等离子处理的阻挡层。等离子体处理的功率为200-300w，时间为80-120s。可选地，使用o2等离子体或f等离子体进行处理。
29.进一步地，肖特基接触电极为ni或au。
30.本发明的一个实施例，如图1所示，准备一片gan单晶外延片对gan外延片依次经过丙酮，异丙醇，稀盐酸，去离子水的清洗，去除表面有机物和gan表面原生氧化物。对正面(ga面)进行一次光刻，mesa(台面)刻蚀进行器件隔离，对背面电镀欧姆接触电极，欧姆接触电极为ti(25nm)/al(100nm)/ni(20nm)/au(60nm)，镀上欧姆接触电极之后800℃1min n2氛围下退火形成欧姆接触。对正面(ga面)进行光刻，露出阳极下方区域。对阳极下方区域进行o2等离子体处理，功率和时间大概为250w 100s，随后进行阳极金属的制备，电极蒸镀，掀金去胶。肖特基接触电极为ni/au(20nm/100nm)。
31.可选地，本发明使用o2等离子体处理阳极下半导体材料(gan，sic，ga2o3等)表面，制备出低开启电压的二极管(包含水平结构和垂直结构的二极管)；本发明可改变o2等离子体处理工艺参数，如功率和时间；此外本发明可改变工艺顺序，只需对gan表面处理减小开启电压即可；本发明还可以使用其他等离子体处理(如f离子)，改变半导体材料的界面态从而达到类似效果。
32.如图2和图3为gan肖特基二极管的检测图，由图2或3可以说明通过o2等离子体处理gan表面可以有效降低gan sbd的开启电压，其中，opt代表o
2 plasma treatment，w/o代表未处理的对照组。
33.本发明创新性地提出了一种通过o2等离子体处理降低gan sbd开启电压的方法。与传统gan二极管相比，o2等离子体处理后的gan sbd有更低的开启电压，可以实现更高的
能量转换效率和更低的功耗，得到更广泛的应用。
34.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
35.以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种低开启电压的gan肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括：在gan外延片的ga面的两侧进行刻蚀形成中间凸起区域，在n面电镀欧姆电极；对ga面的中间凸起区域进行光刻，形成暴露的阳极区域；对阳极区域进行等离子体处理以制备低开启电压的二极管，并在处理后的表面蒸镀金属形成肖特基接触电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：利用丙酮，异丙醇，稀盐酸和去离子水依次对gan外延片进行清洗，去除表面有机物和gan表面原生氧化物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：电镀欧姆电极后，在700-900℃,n2氛围下退火。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，欧姆电极为ti、al、ni或au的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：利用光刻胶在ga面的两侧形成等离子处理的阻挡层。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，等离子体处理的功率为200-300w，时间为80-120s。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，肖特基接触电极为ni或au。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使用o2等离子体或f等离子体进行处理。

技术总结
本发明实施例公开了一种低开启电压的GaN肖特基二极管的制备方法，包括：在GaN外延片的Ga面的两侧进行刻蚀形成中间凸起区域，在N面电镀欧姆电极；对Ga面的中间凸起区域进行光刻，形成暴露的阳极区域；对阳极区域进行等离子体处理以制备低开启电压的二极管，并在处理后的表面蒸镀金属形成肖特基接触电极。通过O2等离子体处理能有效地降低GaN SBD的开启电压，减少器件的功耗，技术容易实现，易于工业化。化。化。


技术研发人员：刘新科 廖泽亮 邹苹 王灏帆 黎晓华
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2023/1/6