[发明专利]一种准垂直结构的GaN基肖特基二极管制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种准垂直结构的GaN基肖特基二极管制备方法。

背景技术

以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛，具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点。

由于GaN材料的电子迁移率相比GaAs较低，基于GaN材料制备的肖特基二极管的串联电阻很大，导致器件的截止频率和工作频率很难达到GaAs基器件的水平。串联电阻有三部分构成，包括了欧姆接触电阻，N- GaN外延层电阻和N+外延层扩展电阻。平面结构的器件是欧姆接触与肖特基接触之间的距离比较大，一般为4μm，电流在N +层总横向传输，由于N +层的厚度较小，造成电流拥挤，使扩展电阻变大。采用垂直结构在N+层背面形成欧姆接触，使欧姆接触与肖特基基础距离变短，并且电子垂直运动，解决了电流拥挤问题，器件的扩展电阻变小，提高了器件的截止频率。但是目前还没有基于衬底替换技术的准垂直结构的GaN肖特基二极管器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准垂直结构的GaN基肖特基二极管制备方法，能够降低器件的串联电阻，提高工作频率，解决电流拥挤的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种准垂直结构的GaN基肖特基二极管制备方法，在生长衬底上外延生长高掺杂N-型GaN层；在N-型GaN层上外延生长高掺杂N+ GaN层；在所述的N+ GaN层上制作欧姆接触；在所述的N-层上形成肖特基接触，通过空气桥将肖特基接触引到阳极。

进一步地，在生长衬底上外延生长的高掺杂N-型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在10¹⁶/cm³量级到10¹⁹/cm³量级之间；所述的高掺杂N+层GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在10¹⁶/cm³量级到10¹⁸/cm³量级之间。

进一步地，在所述的N+ GaN层上用光刻制作欧姆接触区。

进一步地，在欧姆接触区内依次蒸发钛、铝、镍、金金属层，或钛、铝、铂、金金属层，并通过高温快速退火形成欧姆接触。

进一步地，在形成的欧姆接触层上面用晶片键合的方法粘合石英基板，形成二次衬底。

进一步地，通过激光剥离或机械研磨的方法去掉大部分的生长衬底，保留100μm以下的衬底采用ICP方法进行刻蚀，直到把衬底刻蚀干净。

进一步地，对剥离生长衬底后的外延层进行轻刻蚀和抛光处理，去掉剥离造成的损伤，刻蚀出N-GaN台面，露出多余的欧姆接触金属。

进一步地，在N-GaN台面上蒸发Ti、Au金属，形成肖特基接触。

进一步地，制备欧姆接触电极和肖特基接触电极。

进一步地，采用电镀方法制作空气桥，将肖特基接触电极引到阳极PAD，同时实现阴极PAD的加厚；将二次衬底进行减薄，并进行分片，得到分立器件。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提出的是一种基于衬底替换技术制备准垂直结构的GaN肖特基二极管的方法，采用垂直结构在N+层背面形成欧姆接触，去掉衬底后在N-层上形成肖特基接触，使欧姆接触与肖特基基础距离变短，实现最小的肖特基接触与欧姆接触距离，并且电子垂直运动，最大限度的降低了扩展电阻，提高了器件工作频率，解决了电流拥挤问题，同时兼顾了GaN器件耐功率的特点，可以实现毫米波和太赫兹波段的大功率倍频器。

附图说明

图1是本发明制备过程一的结构图；

图2是本发明制备过程二的结构图；

图3是本发明制备过程三的结构图；

图4是本发明制备过程四的结构图；

图5是本发明制备过程五的结构图；

图中：1、肖特基接触；2、欧姆接触电极；3、肖特基接触电极。

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的说明。