[发明专利]大功率阴阳极环形叉指GaN准垂直pn结二极管及制备方法

权利要求书

1.大功率阴阳极环形叉指GaN准垂直pn结二极管，自下而上包括：衬底(1)、缓冲层(2)和n型GaN层(3)，n型GaN层(3)的上部设有p型GaN层(4)和阴极(5)，p型GaN层(4)的上部设有阳极(6)，其特征在于，阴极(5)和阳极(6)采用环形叉指结构，即阳极(6)是以实心圆为中心，外部分布多个开口圆环的同心结构；阴极(5)是分布在阳极环之间的多个开口圆环，形成阳极环与阴极环的同心环形交替嵌套结构。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的衬底(1)为蓝宝石、SiC、Si和金刚石中的一种。

3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的缓冲层(2)为GaN、AlN、AlGaN和InGaN中的一种。

4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的阴极(5)采用厚度为22/140/55/45nm的Ti/Al/Ni/Au，或者厚度为22/140/50/45nm的Ti/Al/Pt/Au。

5.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的阳极(6)，金属采用厚度为120-300nm的Ni/Au或Pt/Au。

6.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的阴极(5)的同心开口圆环间距为20-40μm，同心开口圆环宽度为1-10μm，且开口圆环的数量大于等于2。

7.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的阳极(6)的中心实心圆半径为0.5-10μm，同心开口圆环间距为20-40μm，同心开口圆环宽度为1-10μm，且中心实心圆与开口圆环的数量之和大于等于2。

8.一种大功率阴阳极环形叉指GaN准垂直pn结二极管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)对自下而上包括衬底、缓冲层、n型GaN层、p型GaN层的外延片材料，依次使用丙酮、异丙醇，去离子水进行3-5min的超声清洗；

2)在清洗后的外延片材料上进行光刻，得到具有多个开口同心圆环的阴极凹槽图形；采用RIE或者ICP刻蚀设备，刻蚀去除图形区域的p型GaN，获得阴极凹槽；然后将刻蚀后的外延片放置在RTP快速热退火炉中，在N₂氛围中退火，在400-500℃的低温下，退火5min，修复刻蚀损伤；

3)制作阴极

将完成低温退火的外延片材料进行光刻，得到具有多个开口同心圆环的阴极图形；

采用E-beam设备以0.1-0.3nm/s的蒸发速率制作厚度为22/140/55/45nm的Ti/Al/Ni/Au阴极金属，或者厚度为22/140/50/45nm的Ti/Al/Pt/Au阴极金属；

在阴极金属蒸发完成后进行剥离，并使用RTP快速热退火炉进行退火，使阴极金属与n型GaN层形成欧姆接触，得到阴极；

4)制作阳极

将完成阴极制作的外延片材料进行光刻，得到以实心圆为中心，外部分布多个开口圆环的同心结构的阳极图形；

采用E-beam设备以0.1-0.3nm/s的蒸发速率制作阳极金属，阳极金属采用厚度为120-300nm的Ni/Au或Pt/Au或Pd/Au；

在阳极金属蒸发完成后进行剥离，再使用RTP快速热退火炉进行退火，使阳极金属与p型GaN层形成欧姆接触，得到阳极，完成器件制作。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中2)采用RIE或者ICP刻蚀设备在阴极凹槽图形区域刻蚀去除p型GaN层，使用的刻蚀气体为Cl₂和BCl₃，流量分别10/20sccm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其中：

步骤3)中使用RTP快速热退火炉退火的工艺条件是：在N₂氛围中进行，设置温度为820-900℃，退火时间为30s；

步骤4)中使用RTP快速热退火炉退火的工艺条件是：在N₂氛围中进行，设置温度为720-760℃，退火时间为30s。