混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管及其制备方法
【专利摘要】一种混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管及其制备方法，包括衬底、外延层、电极及钝化介质绝缘层，所述电极的阴极电极是在外延层表面的阴极区域沉积金属并退火而形成的欧姆接触，所述电极的第一阳极电极是在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属层而形成的第一个肖特基接触，所述电极的第二阳极电极是在外延层表面的第二阳极区域先沉积极薄介质层、再沉积高功函数金属层而形成的第二个肖特基接触，所述的两个肖特基接触共同形成混合阳极电极结构。本发明采用低功函数金属电极和高功函数金属?极薄介质电极的混合结构，分别作为GaN基肖特基二极管的第一阳极和第二阳极，能够在有效地降低器件开启电压的基础上，进一步减小器件反向漏电流，改善器件表面电场分布，提高反向击穿电压，从而提高器件工作性能。
【专利说明】
混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体分立电子器件领域，特别是涉及一种混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]功率电子器件是电子信息时代的重要支撑，几乎所有的电器电路中都需要功率电子器件。为降低能量传输转换过程损耗，开发低功耗、高可靠性的功率电子器件至关重要。当前，以Si技术为基础的功率电子器件发展非常成熟，能满足电压200V以下低压消费类产品。然而，Si基功率电子器件部分性能已接近材料理论极限，且随着电压增大、功率增强或者环境温度升高，器件的复杂性和成本迅速增加，可靠性变差。以SiC技术为基础的功率电子器件已有10年左右的历史，在大功率、大电流的轨道交通等领域有较大优势，但是受限于材料昂贵和技术垄断，SiC技术发展相对缓慢，目前不适合在消费类市场使用。以GaN技术为基础的器件刚刚起步，其性能可以媲美SiC基器件，且具有更大的低成本潜力。
[0003]GaN是重要的第三代半导体材料，具有带隙宽、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大、异质界面二维电子气(2DEG)浓度高等特点，能够大幅提升器件的工作性能，是制作高耐压、低正向压降和高频功率电子器件的理想新型材料。GaN基肖特基二极管结构简单、正向压降小，以多数载流子作为工作媒介，因此具有低功耗、高开关速率的特点，器件反向恢复时间几乎为零。特别地，以AlGaN/GaN异质结界面形成的2DEG作为导电沟道的GaN基肖特基二极管，可以具有更低的动态导通电阻和更大的功率输出，非常适合作为开关器件应用于整流电路、开关型稳压电路、逆变桥、功率因数校正等电器电路，具有广阔的应用前景。
[0004]当前，GaN基肖特基二极管的广泛产业化和大规模应用仍面临着一系列技术问题的制约，包括降低器件动态导通电阻的技术，以及提高反向击穿电压的技术等。针对这些问题，国内外的科研人员开展了较深入的研究，以期实现低功耗、高效率、高可靠性和高稳定性的器件。
[0005]常用的降低动态导通电阻的技术方法有:优化器件外延结构，从而提高2DEG浓度、减小阴阳电极间距、采用阳极凹槽结构等。不过，2DEG浓度提高的幅度有限，对外延技术的要求较高；电极间距不能无限减小，否则将引起大的漏电和容易击穿等可靠性问题;采用阳极凹槽结构使得势皇降低的同时会引起反向漏电的增大，导致器件容易被击穿。常用的提高反向击穿电压的技术方法有:利用高功函数金属作为阳极接触、在器件缓冲层掺Fe或掺
C、增大阴阳电极间距、场板结构、浮空金属环结构、结型二极管结构以及超级结器件结构等。不过，大部分增强反向耐压特性的方法对降低正向开启电压的作用并不明显，甚至会引起动态导通电阻的增加。
[0006]为了解决低动态导通电阻和高反向击穿电压之间的矛盾，香港科技大学陈万军等人设计了一种横向场效应整流器(L-FER)，阳极采用欧姆接触与肖特基接触的组合，并且通过肖特基接触下方F离子注入的方式，将开启电压降低到0.63V，同时击穿电压保持在390V，但是该方法对器件工艺制备技术要求较高，增加了制备工艺复杂度。日本古川电工公司(Furukawa)的S.Yoshida等人提出了一种高低功函数金属层混合电极的场效应肖特基二极管(FESBD);中山大学刘扬教授等人将高低功函数金属层与凹槽结构相结合，实现了低开启电压，同时在一定程度上提高了反向击穿电压。不过上述方法受限于金属层功函数的大小(如常见功函数最高的金属Pt，也只有5.6eV左右)，对提高反向耐压特性作用有限。因此，相关技术手段有待进一步完善。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对器件低动态导通电阻和高反向耐压特性之间的矛盾，提供一种混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管及其制备方法。
[0008]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特点是:包括衬底、外延层、电极及钝化介质绝缘层，其中所述外延层在外延方向上依次包括成核层、应力及位错缓冲层和电荷漂移层，所述成核层连接在衬底上，所述电极包括阴极电极、第一阳极电极和第二阳极电极，所述阴极电极是在外延层表面的阴极区域沉积金属并退火而形成的欧姆接触，所述第一阳极电极是在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属层而形成的由低功函数金属和半导体组成的第一个肖特基接触，所述第二阳极电极是在外延层表面的第二阳极区域先沉积极薄介质层、再沉积高功函数金属层而形成的由高功函数金属、极薄介质和半导体组成的第二个肖特基接触，所述的两个肖特基接触共同形成混合阳极电极结构，且所述第二阳极区域比第一阳极区域在空间位置上更接近阴极区域，所述钝化介质绝缘层覆盖在外延层的表面上且在电极对应的位置处开设有以便电极与外界电连接的窗口。
[0009]其中，所述衬底包括但不限于蓝宝石衬底、GaN单晶衬底、GaN-蓝宝石复合衬底、AlN单晶衬底、AlN-蓝宝石复合衬底、Si衬底。
[00?0]所述成核层包括但不限于GaN成核层、AlN成核层、AlGaN成核层中的一种或任意几种组合。
[0011 ] 所述应力及位错缓冲层包括但不限于非故意掺杂的GaN、InN、AlN、AlGaN中的一种或任意几种组合。
[0012]所述电荷漂移层包括但不限于非故意掺杂GaN单质及η型掺杂的GaN单质或GaN基异质结;其中，GaN基异质结由沟道层和势皇层组成，能够为GaN基肖特基二极管提供一组或几组二维电子气;沟道层包括但不限于高阻的GaN、AlGaN、AlN中的一种或任意几种组合;势皇层包括但不限于AlGaN、AlInN、AlN、AlInGaN材料中的一种或任意几种组合，且这些材料可以是非故意掺杂、η型掺杂，也可以是局部P型掺杂。
[0013]所述阴极电极包括但不限于T1-Al合金、T1-Al-T1-Au合金、T1-Al-N1-Au合金、T1-Al-Mo-Au 合金、V-Al-Pt-Au 合金。
[0014]所述低功函数金属层包括但不限于T1、Al、V、Ti_Au合金中的一种或任意几种组入口 ο
[0015]所述高功函数金属层包括但不限于N1、Pd、Pt、N1-Au合金中的一种或任意几种组入口 O
[0016]所述极薄介质层包括但不限于较薄的Si02、SiNx、Mg0、Al203介质中的一种或任意几种组合，且极薄介质层的厚度为0.1nm-1Onm0
[0017]所述钝化介质绝缘层包括但不限于较厚的Si02、SiNx、Al203、AlN、Hf02、Zr02介质中的一种或任意几种组合，且钝化介质绝缘层的厚度为50nm-lym。
[0018]本发明所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备方法，其特点是包括以下步骤:
a、利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)或氢化物气相外延(HVPE)技术，在合适的衬底上依次生长出用于组成外延层的成核层、应力及位错缓冲层和电荷漂移层；
b、利用光刻掩膜技术和感应耦合等离子体刻蚀(ICP)或化学反应刻蚀(RIE)或湿化学腐蚀技术，在外延层上完成GaN基肖特基二极管的分立隔离；
c、利用光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀技术，对外延层的部分区域进行选择性加工，去除部分外延层而形成凹槽结构或脊型结构，且必要时采用快速退火或管式退火技术修复刻蚀损伤；
d、采用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面的阴极区域沉积金属，并利用快速退火或管式退火技术形成欧姆接触；
e、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控派射技术，在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属，形成第一个肖特基接触；
f、利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层极薄介质，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质作为第二阳极电极的势皇调节材料；
g、利用PECVD或原子层沉积或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层较厚的钝化介质绝缘层，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极、第一阳极及第二阳极相对应的窗口；
h、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，定义第二阳极的电极图形并沉积高功函数金属，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备。
[0019]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
本发明结合低功函数金属电极、高功函数金属/极薄介质电极两种电极结构，作为GaN基肖特基二极管的阳极。在正向偏置的条件下，电流通过低功函数金属电极注入到外延层中，并汇聚到阴极流出，由于第一肖特基接触势皇较低，可以实现较低的正向开启电压;在反向偏置的条件下，随着反向偏压增大，第一阳极和第二阳极的势皇空间电荷区扩大，电荷漂移区的多数载流子通过第一、第二阳极而逐渐耗尽，并产生一定的漏电流，在漏电饱和之前，漏电流大小主要取决于空间电荷区内的少数载流子浓度、迀移率、电场大小以及位错缺陷等因素，因而漏电流随着反向偏压增大而增大，当出现漏电饱和以后，漏电流大小主要取决于接触势皇的高低。由高功函数金属/极薄介质电极组成的第二阳极在空间位置上离阴极较近，且通过极薄介质的调节，相应的接触势皇可以很高，因而可以有效地降低器件反向漏电饱和电流。另外，利用第一、第二阳极扩大阳极区域，能够改善器件表面阳极附近的电场分布，结合较小的反向漏电饱和电流，可以显著增强器件的反向击穿特性。因此，本发明提出混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，能够在有效降低器件开启电压的基础上，减小器件反向漏电流，改善器件表面电场分布，增强反向耐压特性。
[0020]而且，本发明提出的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管与阳极凹槽结构、局域掺杂、或者场板等结构相结合，能够进一步地降低正向开启电压或者提高反向击穿特性，进一步提尚器件性能。
[0021 ]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例1混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的整体结构示意图。
[0023]图2为本发明实施例2混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的整体结构示意图。
[0024]图3为本发明实施例3混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]如图1-图3所示，本发明所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，包括衬底1、外延层、电极及钝化介质绝缘层8，其中所述外延层在外延方向上依次包括成核层2、应力及位错缓冲层3和电荷漂移层4，所述成核层2连接在衬底I上，所述电极包括阴极电极5、第一阳极电极6和第二阳极电极7，所述阴极电极5是在外延层表面的阴极区域沉积金属并退火而形成的欧姆接触，所述第一阳极电极6是在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属层而形成的由低功函数金属和半导体组成的第一个肖特基接触，所述第二阳极电极7是在外延层表面的第二阳极区域先沉积极薄介质层、再沉积高功函数金属层而形成的由高功函数金属、极薄介质和半导体组成的第二个肖特基接触，所述的两个肖特基接触共同形成了混合阳极电极结构，且所述第二阳极区域比第一阳极区域在空间位置上更接近阴极区域，所述钝化介质绝缘层8覆盖在外延层的表面上且在电极对应的位置处开设有以便电极与外界电连接的窗口。其中，所述衬底I包括但不限于蓝宝石衬底、GaN单晶衬底、GaN-蓝宝石复合衬底、AlN单晶衬底、AlN-蓝宝石复合衬底、Si衬底。所述成核层2包括但不限于GaN成核层、AlN成核层、AlGaN成核层中的一种或任意几种组合。所述应力及位错缓冲层3包括但不限于非故意掺杂的GaN、InN、AlN、AlGaN中的一种或任意几种组合。所述电荷漂移层4包括但不限于非故意掺杂GaN单质及η型掺杂的GaN单质或GaN基异质结;其中，GaN基异质结由沟道层和势皇层组成，能够为GaN基肖特基二极管提供一组或几组二维电子气;沟道层包括但不限于高阻的GaN、AlGaN、AlN中的一种或任意几种组合；势皇层包括但不限于AlGaN、AlInN、AlN、AlInGaN材料中的一种或任意几种组合，且这些材料可以是非故意掺杂、η型掺杂，也可以是局部P型掺杂。所述阴极电极5包括但不限于T1-Al合金、T1-Al-T1-Au合金、T1-Al-N1-Au合金、T1-Al-Mo-Au合金、V-Al-Pt-Au合金。所述低功函数金属层包括但不限于T1、Al、V、T1-Au合金中的一种或任意几种组合。所述高功函数金属层包括但不限于N1、Pd、Pt、附-六11合金中的一种或任意几种组合。所述极薄介质层包括但不限于较薄的3;[02、31队、]\%0、AI2O3介质中的一种或任意几种组合，且极薄介质层的厚度为0.lnm-10nm。所述钝化介质绝缘层8包括但不限于较厚的3丨02、3丨队^1203^故、!1?)2、2抑2介质中的一种或任意几种组合，且钝化介质绝缘层8的厚度为50nm-lymo
[0026]本发明所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤:
a、利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)或氢化物气相外延(HVPE)技术，在合适的衬底上依次生长出用于组成外延层的成核层、应力及位错缓冲层和电荷漂移层；
b、利用光刻掩膜技术和感应耦合等离子体刻蚀(ICP)或化学反应刻蚀(RIE)或湿化学腐蚀技术，在外延层上完成GaN基肖特基二极管的分立隔离(即经过加工工艺，外延层由原来的全部相连状态变为分立状态，例如:2英寸外延片，外延层可分立成很多个300微米*300微米大小的肖特基二极管，但这些肖特基二极管还是统一在衬底上)；
c、利用光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀技术，对外延层的部分区域进行选择性加工，去除部分外延层而形成凹槽结构或脊型结构，且必要时采用快速退火或管式退火技术修复刻蚀损伤；
d、采用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面的阴极区域沉积金属，并利用快速退火或管式退火技术形成欧姆接触；
e、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控派射技术，在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属，形成第一个肖特基接触；
f、利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层极薄介质，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质作为第二阳极电极的势皇调节材料；
g、利用PECVD或原子层沉积或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层较厚的钝化介质绝缘层，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极、第一阳极及第二阳极相对应的窗口；
h、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，定义第二阳极的电极图形并沉积高功函数金属，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备。
[0027]实施例一:
如图1所示，本实施例给出了一种简单的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管器件，包括:
衬底I为蓝宝石衬底;成核层2为AlN成核层;应力及位错缓冲层3为非故意掺杂的GaN缓冲层；电荷漂移层4为η型掺杂的GaN电荷漂移层；阴极电极5为T1-Al-N1-Au合金;第一阳极电极6的低功函数金属层为T1-Au合金层;第二阳极电极7的极薄介质层71为ΑΙ2Ο3极薄介质层;钝化介质绝缘层8为HfO2钝化介质绝缘层;第二阳极电极7的高功函数金属层72为N1-Au合金层。
[0028]本实施例中混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管器件的制备方法，具体工艺步骤为:
A.在蓝宝石衬底上，利用MOCVD外延生长技术依次生长20nm的低温AlN成核层、3μπι的非故意掺杂GaN缓冲层以及10nm的η型掺杂的GaN电荷漂移层，形成完整的器件外延层； B.利用光刻掩膜技术和ICP深刻蚀，在外延层上完成器件的分立隔离；
C.采用光刻掩膜技术和电子束蒸发，在外延层表面的阴极区域蒸镀T1-Al-N1-Au合金作为阴极电极，并在管式退火炉中氮气气氛下800°C退火60秒形成欧姆接触；
D.利用光刻掩膜技术和电子束蒸发，在外延层表面的第一阳极区域蒸镀低功函数的T1-Au合金作为第一阳极金属层，形成第一个肖特基接触；
E.利用ALD技术，在外延层表面沉积一层AI2O3的极薄介质，厚度约0.lnm，并通过光刻掩膜技术和ICP刻蚀去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质，作为第二阳极电极的势皇调节材料；
F.利用射频磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层HfO2钝化介质绝缘层，厚度为50nm，并通过光刻掩膜技术和湿化学腐蚀刻蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极电极、第一阳极电极、第二阳极电极相应的窗口；
G.利用光刻掩膜技术和电子束蒸发，定义第二阳极的电极图形并蒸镀高功函数的N1-Au合金作为第二阳极电极的金属层，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备。
[0029]实施例二:
如图2所示，本实施例给出了一种带场板结构、凹槽结构的混合阳极电极结构GaN基肖特基二极管器件，包括:
衬底I为GaN-蓝宝石复合衬底;成核层2为GaN成核层;应力及位错缓冲层3为非故意掺杂的AlN缓冲层；电荷漂移层4为高阻的GaN/AlQ.3Ga0.7N异质结；阴极电极5为T1-Al-Mo-Au合金;第一阳极电极6的低功率函数金属层为T1-Al-T1-Au合金层;第二阳极电极7的极薄介质层71为MgO极薄介质层;钝化介质绝缘层8为SiNx钝化介质绝缘层;第二阳极电极7的高功率函数金属层72为Pd-Pt-Au合金层。
[0030]本实施例中混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管器件的制备方法的具体工艺步骤为:
A.在GaN-蓝宝石复合衬底上，利用HVPE外延生长等技术依次生长20nm的低温GaN成核层、3μηι的非故意掺杂AlN缓冲层3以及由高阻的70nm GaN和30nm厶1().363().71^构成的6已1'1-Al0.3GaQ.7N异质结电荷漂移层，形成完整的器件外延层；
B.与实施例1相同的是，利用光刻掩膜技术和ICP深刻蚀，完成器件的分立隔离;与实施例I明显不同的是，在完成器件分立隔离后，形成阴极欧姆接触前，采用光刻掩膜技术和RIE干法刻蚀技术，对外延层结构部分区域进行选择性加工，刻蚀深度约为lOOnm，去除部分外延层，形成凹槽结构，并在氨气气氛下进行管式退火修复刻蚀损伤；
C.采用光刻掩膜技术和磁控溅射技术，在外延层表面的阴极区域溅射T1-Al-Mo-Au合金作为阴极电极，并在氮气气氛下830°C快速退火15秒形成欧姆接触；
D.利用光刻掩膜技术和电子束蒸发，在外延层表面的第一阳极区域蒸镀低功函数的T1-Al-T1-Au合金作为第一阳极金属层，形成第一个肖特基接触;与实施例1明显不同的是，第一阳极金属层与凹槽侧壁及外延层表面都形成肖特基接触，其中与凹槽侧壁接触可利用2DEG与电极间的隧穿特性进一步降低正向开启电压；
E.利用电子束蒸发技术，在外延层表面沉积一层MgO的极薄介质，厚度约5nm，并通过光刻掩膜技术和ICP刻蚀去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质，作为第二阳极电极的势皇调节材料；
F.利用电子束蒸发技术，在外延层表面沉积一层SiNx钝化介质绝缘层，厚度为500nm，并通过光刻掩膜技术和RIE干法刻蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极电极、第一阳极电极、第二阳极电极相对应的窗口；
G.利用光刻掩膜技术和磁控溅射技术，定义第二阳极的电极图形并溅射高功函数的Pd-Pt-Au合金作为第二阳极电极的金属层，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备；与实施例1明显不同的是，第二阳极电极的金属层有部分位于钝化介质绝缘层之上，形成场板结构，有利于改善在反向偏置条件下器件表面的电场分布，降低电场峰值，提高器件的反向耐压。
[0031] 实施例三:
如图3所示，本实施例给出了一种带局域掺杂的混合阳极电极结构GaN基肖特基二极管器件，包括:
衬底I为Si衬底；成核层2为Al0.2Ga0.sN成核层;应力及位错缓冲层3为非故意掺杂的Al0.1Ga0.9N缓冲层；电荷漂移层4为高阻的GaN-AlN-Al0.3Ga0.7N异质结电荷漂移层；阴极电极5为V-Al-Pt-Au合金;第一阳极电极6的低功函数金属层为Ti/Au合金层;第二阳极电极7的极薄介质层71为SiNx极薄介质层;钝化介质绝缘层8为Si02钝化介质绝缘层;第二阳极电极7的高功函数金属层72为N1-Pd-Au合金层；P型掺杂GaN层9。
[0032 ]本实施例中混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管器件的制备方法的具体工艺步骤为:
A.在Si衬底上，利用MBE外延生长技术依次生长20nm的低温AlQ.2GaQ.sN成核层、3μπι的非故意掺杂Al0.1Ga0.gN缓冲层以及由高阻的70nm GaN、lnm AlN和20nm Al0.3Ga0.7N构成的GaN-AlN-Al0.3Ga0.7N异质结电荷漂移层，以及1nm的P型掺杂GaN层，形成完整的器件外延层；
B.与实施例1相同的是，利用光刻掩膜技术和ICP深刻蚀，完成器件的分立隔离;与实施例I明显不同的是，在完成器件分立隔离后，形成阴极欧姆接触前，采用光刻掩膜技术和ICP干法刻蚀技术，对外延层结构部分区域进行选择性加工，刻蚀深度约为15nm，去除部分外延层，形成局域为P型掺杂的脊型结构，并在氨气气氛下进行管式退火修复刻蚀损伤；
C.采用光刻掩膜技术和磁控溅射技术，在外延层表面的阴极区域溅射V-Al-Pt-Au合金作为阴极电极，并在氮气气氛下650°C快速退火45秒形成欧姆接触；
D.利用光刻掩膜技术和磁控溅射技术，在外延层表面的第一阳极区域溅射低功函数的T1-Au合金作为第一阳极金属层，形成第一个肖特基接触；
E.利用电子束蒸发技术，在外延层表面沉积一层SiNx作为第二阳极的极薄介质层，厚度约10nm，并通过光刻掩膜技术和ICP刻蚀去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质，作为第二阳极电极的势皇调节材料；
F.利用PECVD技术，在外延层表面沉积一层S12钝化介质绝缘层，厚度为Imi，并通过光刻掩膜技术和RIE干法刻蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极电极、第一阳极电极、第二阳极电极相对应的窗口；
G.利用光刻掩膜技术和磁控溅射技术，定义第二阳极的电极图形并溅射高功函数的N1-Pd-Au合金作为第二阳极电极的金属层，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备；与实施例1明显不同的是，第二阳极的极薄介质层和第二阳极的金属层位于P型掺杂GaN层上面，在正向偏置条件下，电流主要通过第一阳极，P型局域掺杂不影响正向开启电压，在反向偏置条件下，P型局域掺杂形成额外的势皇，对漏电有进一步抑制作用，并提高器件的反向耐压特性。
[0033]本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
【主权项】
1.一种混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:包括衬底(1)、外延层、电极及钝化介质绝缘层(8)，其中所述外延层在外延方向上依次包括成核层(2)、应力及位错缓冲层(3)和电荷漂移层(4)，所述成核层(2)连接在衬底(I)上，所述电极包括阴极电极(5)、第一阳极电极(6)和第二阳极电极(7)，所述阴极电极(5)是在外延层表面的阴极区域沉积金属并退火而形成的欧姆接触，所述第一阳极电极(6)是在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属层而形成的由低功函数金属和半导体组成的第一个肖特基接触，所述第二阳极电极(7)是在外延层表面的第二阳极区域先沉积极薄介质层、再沉积高功函数金属层而形成的由高功函数金属、极薄介质和半导体组成的第二个肖特基接触，所述的两个肖特基接触共同形成混合阳极电极结构，且所述第二阳极区域比第一阳极区域在空间位置上更接近阴极区域，所述钝化介质绝缘层(8)覆盖在外延层的表面上且在电极对应的位置处开设有以便电极与外界电连接的窗口。2.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述衬底(I)包括但不限于蓝宝石衬底、GaN单晶衬底、GaN-蓝宝石复合衬底、AlN单晶衬底、AlN-蓝宝石复合衬底、Si衬底。3.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述电荷漂移层(4)包括但不限于非故意掺杂GaN单质及η型掺杂的GaN单质或GaN基异质结;其中，GaN基异质结由沟道层和势皇层组成，能够为GaN基肖特基二极管提供一组或几组二维电子气;沟道层包括但不限于高阻的GaN、AlGaN、AlN中的一种或任意几种组合;势皇层包括但不限于AlGaN、AlInN、AlN、AlInGaN材料中的一种或任意几种组合，且这些材料可以是非故意掺杂、η型掺杂，也可以是局部P型掺杂。4.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述阴极电极(5)包括但不限于T1-Al合金、T1-Al-T1-Au合金、T1-Al-N1-Au合金、T1-Al-Mo-Au合金、V-Al-Pt-Au合金。5.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述低功函数金属层包括但不限于T1、Al、V、T1-Au合金中的一种或任意几种组合。6.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述高功函数金属层包括但不限于N1、Pd、Pt、N1-Au合金中的一种或任意几种组合。7.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述极薄介质层包括但不限于较薄的5;102、31仏、]\%0、41203介质中的一种或任意几种组合，且极薄介质层的厚度为0.1nm-1Onm08.根据权利要求1所述的混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管，其特征在于:所述钝化介质绝缘层(8)包括但不限于较厚的Si02、SiNx、Al203、AlN、Hf02、Zr02介质中的一种或任意几种组合，且钝化介质绝缘层(8)的厚度为50ηπι-1μπι。9.一种混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备方法，该方法用于制备上述任一权利要求所述的GaN基肖特基二极管，其特征在于包括以下步骤: a、利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)或氢化物气相外延(HVPE)技术，在合适的衬底上依次生长出用于组成外延层的成核层、应力及位错缓冲层和电荷漂移层； b、利用光刻掩膜技术和感应耦合等离子体刻蚀(ICP)或化学反应刻蚀(RIE)或湿化学腐蚀技术，在外延层上完成GaN基肖特基二极管的分立隔离； c、利用光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀技术，对外延层的部分区域进行选择性加工，去除部分外延层而形成凹槽结构或脊型结构，且必要时采用快速退火或管式退火技术修复刻蚀损伤； d、采用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面的阴极区域沉积金属，并利用快速退火或管式退火技术形成欧姆接触； e、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控派射技术，在外延层表面的第一阳极区域沉积低功函数金属，形成第一个肖特基接触； f、利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层极薄介质，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，仅在第二阳极区域保留极薄介质作为第二阳极电极的势皇调节材料； g、利用PECVD或原子层沉积或电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，在外延层表面沉积一层较厚的钝化介质绝缘层，并通过光刻掩膜技术和ICP或RIE或湿化学腐蚀工艺去除不需要的部分，露出与阴极、第一阳极及第二阳极相对应的窗口； h、利用光刻掩膜技术和电子束蒸发或热蒸发或磁控溅射技术，定义第二阳极的电极图形并沉积高功函数金属，形成第二个肖特基接触，从而完成混合阳极电极结构的GaN基肖特基二极管的制备。
【文档编号】H01L29/872GK106024914SQ201610500501
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】刘宁炀, 陈志涛, 刘晓燕, 赵维, 贺龙飞, 王君君
【申请人】广东省半导体产业技术研究院