消除纳米管缺陷的肖特基二极管及其制备方法

本发明涉及肖特基二极管领域，尤其涉及一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

1、氮化镓是一种直接带隙半导体，由于其具有较高的本征击穿电压，辐射损伤阈值以及3.4ev的禁带宽度和较高的饱和电子速度，使其成为高能粒子探测器、辐射伏特电池、紫外探测器、紫外激光器、发光二极管等器件的理想材料。但是，由于缺乏高质量的同质衬底，异质外延衬底仍然存在缺陷和外延材料之间存在晶格常数失配和热膨胀系数失配。因此，氮化镓外延材料中仍然存在许多缺陷，而一些缺陷造成的器件漏电已经限制器件性能的发挥。

2、目前，纳米管(nanopipe)是存在于氮化镓中的一种开芯螺位错，纳米管的密度大约为10e5每立方厘米，其直径一般在10-50nm之间。在蓝宝石衬底上使用mocvd或者hvpe生长氮化镓薄膜中，纳米管普遍存在。在氮化镓衬底上，使用movpe生长的氮化镓中，也发现了纳米管。目前，纳米管已经被证实是一种重要的漏电缺陷。所以，消除纳米管对降低器件漏电，提升性能有重要的意义。

技术实现思路

1、鉴于上述技术问题，本发明提供了一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例一方面提供了一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管，包括：包括由下至上设置的第一掺杂硅n型层和第二掺杂硅n型层，还包括：algan插入层，设置于第一掺杂硅n型层与第二掺杂硅n型层之间，用于消除氮化镓中纳米管缺陷。

3、根据本发明的实施例，上述消除纳米管缺陷的肖特基二极管还包括：依次层叠的蓝宝石衬底、低温成核层、第一非故意掺杂层，第一非故意掺杂层上叠置有第一掺杂硅n型层；第二掺杂硅n型层上表面的一侧设置有第二非故意掺杂层，第二非故意掺杂层上叠置有ni/au电极，电极上表面的至少部分设有加厚电极；其中，第二掺杂硅n型层上表面的另一侧设有第二n型电极以及形成于第二n型电极两侧的二氧化硅。

4、根据本发明的实施例，蓝宝石衬底层的厚度为200-1000μm；低温成核层的厚度为10-100nm；第一非故意掺杂层的厚度为2-4μm；第一掺杂硅n型层的厚度为0.1-1μm；algan插入层的厚度为100-200nm；第二掺杂硅n型层的厚度为1-2μm；第二非故意掺杂层的厚度为0.1-1μm。

5、根据本发明的实施例，低温成核层包括gan缓冲层；电极的材料为ni/au；加厚电极和第二n型电极的材料为ti/al/ti/au。

6、本发明另一方面提供了一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：s1，选取蓝宝石衬底并置于mocvd反应室中进行预处理；s2，在蓝宝石衬底上生长低温成核层；s3，在低温成核层上生长第一非故意掺杂层；s4，在第一非故意掺杂层上生长第一掺杂硅n型层；s5，在第一掺杂硅n型层上生长algan插入层；s6，在algan插入层上生长第二掺杂硅n型层；s7，在第二掺杂硅n型层上表面一侧生长第二非故意掺杂层；s8，在第二非故意掺杂层上设置电极；s9，在电极上设置加厚电极，在第二掺杂硅n型层上表面的另一侧设置第二n型电极，其中，在第二n型电极两侧形成有二氧化硅。

7、根据本发明的实施例，步骤s1具体包括：选取蓝宝石衬底，将衬底置于mocvd反应室中；向反应室通入氢气，将反应室内温度维持在1050℃，对蓝宝石衬底表面进行清洁处理。

8、根据本发明的实施例，步骤s2包括：将反应室温度降至540℃，生长厚度为20nm的低温成核层。

9、根据本发明的实施例，步骤s3包括：将反应室温度升至1100℃，压力调节至200torr，生长厚度为3μm的第一非故意掺杂层。

10、根据本发明的实施例，步骤s4包括：保持反应室温度在1100℃，压力在200torr，开启硅源，生长厚度为0.5μm的第一掺杂硅n型层。

11、根据本发明的实施例，步骤s5包括：在反应室中开启氮气，将氮气作为载气，温度降为1030℃；开启铝源，压力调节至113torr，生长厚度为130nm的algan插入层，al组分为0.01-1。

12、根据本发明的实施例，步骤s6包括：将反应室温度升至1100℃，关闭氮气，反应室压力调节至200torr，生长厚度为1.5um的第二掺杂硅n型层。

13、根据本发明的实施例，步骤s7包括：关闭硅源，保持反应室温度在1100℃，压力在200torr，生长厚度为200nm的第二非故意掺杂层。

14、从上述技术方案中可以看出，本发明提供的一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管及其制备方法，至少具有以下有益效果：

15、本发明通过在制备肖特基二极管的过程中，在n型氮化镓生长过程中插入一层铝镓氮，利用铝原子迁移能力较低的特点，从而很好的阻止纳米管向上延伸，因此达到了消除氮化镓中的纳米管缺陷。

技术特征：

1.一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管，包括由下至上设置的第一掺杂硅n型层(4)和第二掺杂硅n型层(6)，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，还包括：algan插入层(5)的厚度在100-200nm。

3.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，还包括：algan插入层(5)的铝组分在0.01-1。

4.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求2所述的肖特基二极管，其特征在于，包括：

6.根据权利要求4所述的肖特基二极管，其特征在于，所述低温成核层(2)包括gan缓冲层；所述加厚电极(9)和所述n型电极(10)的材料为ti/al/ti/au。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的消除纳米管缺陷的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s6包括：

14.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s7包括：

技术总结
本发明公开了一种消除纳米管缺陷的肖特基二极管及其制备方法，包括由下至上设置的第一掺杂硅N型层和第二掺杂硅N型层，其特征在于，还包括：AlGaN插入层，设置于第一掺杂硅N型层与第二掺杂硅N型层之间，用于消除氮化镓中纳米管缺陷。本发明提供的肖特基二极管利用铝原子的迁移率较低的特点，在材料生长过程中加入一层铝镓氮可以使铝原子在纳米管的空心附近成核，从而阻止了纳米管继续向上延伸，实现消除纳米管缺陷的目的，进而降低了肖特基二极管的漏电流。

技术研发人员：杨倩,杨静,赵德刚,张臻琢
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12