[发明专利]基于再生长和离子注入的GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法

说明书

本发明公开了一种基于再生长和离子注入的GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法，主要解决现有方法制作的GaN肖特基二极管欧姆接触电阻较大的问题。其实现方案为：1)在清洗后的外延片上淀积SiN；2)在淀积有SiN的外延片上进行欧姆区离子注入，并将其清洗后进行热退火处理；3)在离子注入后的外延片上淀积SiO₂；4)在淀积有SiO₂的外延片上依次进行源漏区凹槽光刻和凹槽刻蚀，并进行清洗；5)在清洗后的外延片上生长n⁺‑GaN，并去除生长有n⁺‑GaN外延片上的剩余SiO₂层，再进行阴极金属淀积，并热退火；6)在退火后的外延片上刻蚀出阳极凹槽并进行阳极制作。本发明的欧姆接触电阻低，刻蚀工艺简单，可用于制作电力电子器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法，可用于整流器和开关元器件。

技术背景

GaN材料因其较强的自发极化和压电极化,能在异质结界面感生出很强的界面电荷和电场,积聚起二维电子气。二维电子气中的电子被限域在极薄的二维层中，可获得极高的面密度以及迁移率。另一方面GaN材料因其较大的禁带宽度，使其击穿电场大、耐高温。因此GaN基器件非常适合高压、大功率以及高频应用。GaN基肖特基二极管因其正向电流密度大和开关速度快，成为低开关损耗和高频操作的理想选择。凹槽阳极结构能够同时实现极低的开启电压和大的击穿电压。然而器件常采用禁带宽度大的材料形成势垒层，以获得较大的异质结导带断续，实现高击穿电压和大输出电流。但是大的势垒层禁带宽度使得器件难以形成好的欧姆接触，导致输出电流能力降低。因此制作高性能的欧姆接触是实现大输出电流密度和提高开关速度的关键。

为提高欧姆接触，许多研究者采用了不同的方法，例如通过选区刻蚀使二维电子气与金属直接接触、采用与GaN材料功函数相近的金属减小势垒等，详见Ohmic contactsto Gallium Nitride materials，Applied Surface Science，383(2016)，324–345。这些欧姆接触优化方法均不能在增大二维电子气与欧姆金属接触面积的同时提高欧姆区域载流子浓度，使得欧姆接触的降低效果并不明显。另一方面由于这些方法都要进行高温热退火，会导致金属深入GaN内部，产生电迁移现象，影响器件的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于离子注入和再生长的低欧姆接触GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法，以在增大二维电子气与阴极的接触面积的同时，提升欧姆区域载流子浓度，大幅减小欧姆接触电阻，提高电流输出密度，并降低退火温度，提高器件稳定性。

实现本发明的技术关键是：采用离子注入提高欧姆区域载流子浓度。采用SiO₂掩模层，在欧姆区刻蚀出凹槽。采用n⁺-GaN再生长填充凹槽，实现n⁺-GaN与二维电子气接触。在阴极处淀积金属与n⁺-GaN层欧姆接触。具体步骤包括如下：

(1)对外延片进行清洗，将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积LPCVD反应室内，淀积10-30nm厚的SiN钝化层；

(2)在淀积有SiN钝化层的外延片上进行欧姆区离子注入光刻，再放入离子注入系统内对欧姆区注入Si，并清洗；然后将清洗后的外延片在1000-1200℃的温度下进行5-15min的热退火处理；

(3)再生长n⁺-GaN

(3a)将热退火后的外延片放入等离子体增强型化学气相淀积PECVD反应室内，在250-350℃的温度下，淀积200-300nm厚的SiO₂；