[发明专利]渐变Al组分AlGaN/GaN肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种渐变Al组分AlGaN/GaN异质结肖特基势垒二极管的制备方法，主要解决现有肖特基二极管的二维电子气浓度低的问题。其自下而上包括：衬底、重掺杂n型非极性GaN外延层和轻掺杂n型AlGaN层，且重掺杂n型非极性GaN外延层上设有由金属Ti/Al/Ti/Au材料制作的欧姆接触电极，轻掺杂n型渐变Al组分AlGaN层上设有由金属Ni/Au材料制作的肖特基接触电极，其特征在于，轻掺杂n型AlGaN层中的Al组分是由下到上从0.01至1非线性变化。本发明提高了肖特基二极管异质结处二维电子气的浓度，从而提高了器件的速度，可用作高频、低压、大电流整流二极管或小信号检波二极管。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种高载流子迁移率肖特基二极管，可用作高频、低压、大电流整流二极管或小信号检波二极管使用。

技术背景

肖特基二极管是一种低功耗、超高速的半导体器件。由于其导通电压低，不存在反向恢复问题，被广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路中，作为高频、低压、大电流整流二极管或小信号检波二极管使用。

在肖特基二极管的发展过程中，如何提高肖特基二极管载流子的迁移率一直是提高器件性能的关键问题。近年来应用异质结外延工艺制成的二维电子气显著改善了器件的迁移特性，可以使载流子达到比较高的迁移率，而如何提高二维电子气浓度成为了关键。

1999年Gaska R等人通过调制掺杂的方法，分别在蓝宝石衬底、6H-SiC和4H-SiC衬底上生长了Al组分为0.2的AlGaN/GaN异质结构，测量并计算了其中二维电子气浓度以及对应迁移率，参见Electron Mobility in Modulation-doped AlGaN-GaN Heterostructures[J].Appl Phys Lett,1999,74(2):2872289.该方法虽然其二维电子气浓度能达到10¹³cm-3，但是由于其Al组分固定为0.2，产生二维电子气浓度还不够高，不足适用于更高频和更大电流的工作条件。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种通过渐变Al组分AlGaN/GaN异质结产生高浓度二维电子气的肖特基二极管及其制备方法，以进一步提高其二维电子气浓度，使肖特基二极管满足更高频和更大电流的工作条件的需要。

为实现上述目的，本发明渐变Al组分AlGaN/GaN肖特基二极管，其自下而上包括：衬底，重掺杂n型非极性GaN外延层和轻掺杂n型AlGaN层，且重掺杂n型非极性GaN外延层上设有由金属Ti/Al/Ti/Au材料制作的欧姆接触电极，轻掺杂n型渐变Al组分AlGaN层上设有由金属Ni/Au材料制作的肖特基接触电极，其特征在于，轻掺杂n型AlGaN层中的Al组分是由下到上从0.01至1非线性变化。

作为优选，所述的重掺杂n型非极性GaN外延层，其厚度为2-5μm，掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3。

作为优选，所述的轻掺杂n型渐变Al组分AlGaN层，其厚度为4-8μm，掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶cm^-3，。

为实现上述目的，本发明制备渐变Al组分AlGaN/GaN肖特基二极管的方法，包括如下步骤：

1)热处理：

将蓝宝石材料衬底经过打磨和清洗之后，置于金属有机化学气相淀积MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；

向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到为20-760Torr条件下，将衬底加热到温度为900-1200℃，并保持5-10min，完成对衬底基片的热处理；