一种氮面式GaN二极管及其制备工艺

本发明属于二极管，尤其涉及一种氮面式gan二极管及其制备工艺。

背景技术：

1、近年来，第三代宽禁带半导体——氮化镓（gan）因其具备宽的禁带、高的击穿电场、较高的热导率、且化学性质稳定、抗辐射等优点被广泛应用于功率和射频器件应用领域中。垂直氮化镓二极管，因其具备耐高压、耐高温，适应能力强等优点，广泛受到人们的关注。氮化镓二极管的优点是：1、击穿电压高、损耗低。2、适应能力强，可以广泛应用于各种环境，如：高温、高辐照。(3)器件体积微小，有利于降低芯片的尺寸。

2、但现有的垂直gan二极管存在着一些需要改进的问题：1、外延层厚度不足和净载流子浓度高；2、外加电压下，由于氮化镓漂移层偏薄，使二极管所承受的耐压极限低，从而使器件在低电压时便被击穿。

技术实现思路

1、本发明提供一种氮面式gan二极管，旨在解决目前外延层厚度不足、净载流子浓度高及耐压极限低容易被击穿的问题。

2、本发明是这样实现的，一种氮面式gan二极管，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n+-gan外延层、n--gan外延层和阴极金属层，所述衬底为非掺杂的gan单晶，所述n--gan外延层的ga面与阴极金属层采用欧姆接触，所述衬底的n面与阳极金属层采用肖特基接触，形成肖特基势垒。

3、优选地，所述衬底为非掺杂的gan单晶，gan单晶的厚度为50-500μm。

4、优选地，所述衬底为非掺杂的gan单晶，gan单晶的厚度为300μm，载流子浓度为1~3e16cm-3。

5、优选地，所述n+-gan外延层的厚度为5-40μm，使用si作为掺杂剂，载流子浓度为2~4e18cm-3；

6、所述n--gan外延层，厚度为5-40μm，使用si作为掺杂剂，载流子浓度为1~2e18cm-3。

7、优选地，所述阴极金属层为ti/al/ni/au叠层结构，厚度分别为25nm/100nm/25nm/80nm；

8、所述阳极金属层为ni/au或pt/au叠层结构，厚度为20nm/60nm；

9、一种如上所述的氮面式gan二极管的制备工艺，包括：

10、步骤一、在gan单晶衬底ga面上生长掺si的n＋-gan外延层；

11、步骤二、在n＋-gan外延层ga面上生长掺si的n--gan外延层；

12、步骤三、n--gan外延层ga面上蒸镀阴极金属层，在阴极处制备欧姆接触；

13、步骤四、在gan单晶衬底n面上蒸镀阳极金属层，在阳极处制备肖特基接触。

14、一种如上所述的氮面式gan二极管的制备工艺，包括：

15、步骤一、用氢化物气相外延方法在gan单晶衬底ga面上生长厚度为5μm-40μm掺si的n+-gan外延层；

16、步骤二、用氢化物气相外延法在n＋-gan外延层ga面上生长厚度为5μm-40μm，掺si的n--gan外延层；

17、步骤三、在n--gan外延层ga面上蒸镀ti/al/ni/au阴极金属层；

18、步骤四、在gan单晶衬底n面上蒸镀pt/au阳极金属层。

19、优选地，步骤一中gan单晶衬底的厚度为300μm，所述n+-gan外延层的厚度为25μm，步骤二中所述n--gan外延层的厚度为25μm。

20、优选地，步骤三包括：对n--gan外延层ga面进行采用光刻技术处理，显影出阴极区域；随后在ga面蒸镀金属膜ti/al/ni/au，厚度分别为25nm/100nm/25nm/60nm，接着在氮气氛围中退火40s，温度为800℃。

21、优选地，步骤四包括：所述对gan单晶衬底n面进行采用光刻技术处理，显影出阳极区域，随后在n面蒸镀金属pt/au，厚度分别为25/60nm，接着在氮气氛围中退火130s，温度为150℃。

22、与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

23、1、本发明所提供的氮面式gan二极管及其制备工艺采用非掺杂的gan单晶为衬底，采用非掺杂的gan单晶衬底制成的耐压层可以提高氮面式gan二极管的耐压强度，提高抗冲击的性能。

24、2、本发明所提供的氮面式gan二极管及其制备工艺通过对n＋-gan外延层与n--gan外延层的厚度与净载流子浓度的控制，优化结构设计，提高器件的整体耐压性能。

25、3、本发明所提供的一种氮面式gan二极管及其制备工艺中衬底的n面与阳极金属层采用肖特基接触，肖特基势垒高度比ga面大，有利于减少漏电；而在ga面形成欧姆接触接触电阻小，可进一步减少器件的导通电阻。

技术特征：

1.一种氮面式gan二极管，其特征在于，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n+-gan外延层、n--gan外延层和阴极金属层，所述衬底为非掺杂的gan单晶，所述n--gan外延层的ga面与阴极金属层采用欧姆接触，所述衬底的n面与阳极金属层采用肖特基接触，形成肖特基势垒。

2.如权利要求1所述的一种氮面式gan二极管，其特征在于，所述衬底为非掺杂的gan单晶，gan单晶的厚度为50-500μm。

3.如权利要求2所述的一种氮面式gan二极管，其特征在于，所述衬底为非掺杂的gan单晶，gan单晶的厚度为300μm，载流子浓度为1~3e16cm-3。

4.如权利要求1所述的一种氮面式gan二极管，其特征在于，所述n+-gan外延层的厚度为5-40μm，使用si作为掺杂剂，载流子浓度为2~4e18cm-3；

5.如权利要求1所述的一种氮面式gan二极管，其特征在于，所述阴极金属层为ti/al/ni/au叠层结构，厚度分别为25nm/100nm/25nm/80nm；

6.如权利要求1-5所述的一种氮面式gan二极管的制备工艺，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的一种氮面式gan二极管的制备工艺，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的一种氮面式gan二极管的制备工艺，其特征在于，步骤一中gan单晶衬底的厚度为300μm，所述n+-gan外延层的厚度为25μm，步骤二中所述n--gan外延层的厚度为25μm。

9.如权利要求8所述的一种氮面式gan二极管的制备工艺，其特征在于，步骤三包括：对n--gan外延层ga面进行采用光刻技术处理，显影出阴极区域；随后在ga面蒸镀金属膜ti/al/ni/au，厚度分别为25nm/100nm/25nm/60nm，接着在氮气氛围中退火40s，温度为800℃。

10.如权利要求9所述的一种氮面式gan二极管的制备工艺，其特征在于，步骤四包括：所述对gan单晶衬底n面进行采用光刻技术处理，显影出阳极区域，随后在n面蒸镀金属pt/au，厚度分别为25/60nm，接着在氮气氛围中退火130s，温度为150℃。

技术总结
本发明提供了一种氮面式GaN二极管，包括由上至下叠加为整体结构的阳极金属层、衬底、n<supgt;+</supgt;‑GaN外延层、n<supgt;‑</supgt;‑GaN外延层和阴极金属层，所述衬底为非掺杂的GaN单晶，所述n<supgt;‑</supgt;‑GaN外延层的Ga面与阴极金属层采用欧姆接触，所述衬底的N面与阳极金属层采用肖特基接触，形成肖特基势垒。本发明所提供的氮面式GaN二极管采用非掺杂的GaN单晶为衬底，采用非掺杂的GaN单晶衬底制成的耐压层可以提高氮面式GaN二极管的耐压强度，提高抗冲击的性能；并对n<supgt;＋</supgt;‑GaN外延层与n<supgt;‑</supgt;‑GaN外延层的厚度与净载流子浓度的控制，优化结构设计，提高器件的整体耐压性能，衬底的N面与阳极金属层采用肖特基接触来减少漏电；而在Ga面形成欧姆接触减少接触电阻，进一步减少器件的导通电阻。

技术研发人员：刘新科,朱曦,王敏,杨华恺,贺威,黎晓华
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13