[发明专利]一种自对准的GaN肖特基二极管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种自对准的GaN肖特基二极管及其制造方法，属于半导体器件制备技术领域。该二极管包括衬底、n+GaN层、n‑GaN层、T型阳极和空气桥；所述衬底上方设有隔离槽，所述n+GaN层上方设有阴极，所述n‑GaN层与所述阴极之间还设有间隔区，所述T型阳极位于所述n‑GaN层的正上方，所述n‑GaN层与所述T型阳极的直径相等。本发明提出的一种自对准GaN肖特基二极管能够极大地缩短阴极和阳极的间距，降低n+GaN层的串联电阻，提高二极管的截止频率和功率等性能，且制备工艺与现有平面结构肖特基二极管兼容度高，在微波毫米波整流器与限幅器、太赫兹倍频器等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种自对准的GaN肖特基二极管及其制造方法，属于半导体器件制备技术领域。

技术背景

相比于Si、GaAs、InP等材料，第三代半导体GaN材料的宽禁带特性使GaN肖特基二极管具备高击穿、高功率的巨大优势。因此，基于GaN半导体的肖特基二极管有望克服传统半导体二极管输出功率或承受功率的不足，在大功率整流器、限幅器与倍频器等方面具有广阔前景。

与GaAs肖特基二极管类似，由于制备工艺简单、兼容性高，GaN肖特基二极管通常为平面结构，即阳极与阴极都位于同一个平面，阴极与阳极之间存在一定距离，一般在微米级以上。平面结构的肖特基二极管的电流从阳极出发，首先经过n-GaN本征层，往下流向n+GaN层，随后经过n+GaN层往两侧流向阴极。因此，除了n-GaN层的本征电阻外，阴极与阳极之间还存在寄生的n+GaN层串联电阻。由于GaN材料迁移率远低于GaAs，导致阴极与阳极之间的n+GaN层串联电阻远高于GaAs，这严重限制了倍频器、整流器等装置的功率和效率。2019年电子科技大学报道的220GHz GaN倍频器由于寄生电阻大，效率只有2％左右(参见文献BoZhang et al.,A Novel 220GHz GaN Diode On-Chip Tripler With High Driven Power,IEEE Electron Device Lett.,vol.40,no.5,pp.780-783,2019)，远低于GaAs的结果。因此，通过缩短二极管的阴极与阳极之间距离等方法，降低寄生串联电阻，对于提高倍频器的效率与功率，提高整流器的效率，完全发挥GaN半导体宽禁带优势都十分重要。

中国专利申请201510261562.6公开了“一种垂直结构的GaN基肖特基二极管及其制造方法”，该发明通过采用垂直结构缩短了欧姆接触与肖特基接触之间的距离，减小了器件的扩展电阻，提高了器件的截至频率。但是，该方案的制备工艺比较复杂，与目前平面工艺兼容性较低。

中国专利申请201710370209.0公开了“一种准垂直结构的GaN基肖特基二极管制备方法”，该发明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。但是，该方案为准垂直结构的二极管制备方法，与目前平面工艺兼容性较低。

如何克服现有技术所存在的不足已成为当今半导体器件制备技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

为了克服现有技术所存在的不足，本发明提出了一种自对准的GaN肖特基二极管及其制造方法，能够最大程度地缩短肖特基二极管阴极与阳极的间距，极大降低n+GaN串联电阻，提高功率与效率，并且制备工艺与现有平面结构肖特基二极管完全兼容，广泛适应于微波毫米波整流器与限幅器、太赫兹倍频器等应用。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种自对准的GaN肖特基二极管，该二极管结构自下而上包括衬底、n+GaN层、n-GaN层、T型阳极和空气桥；所述衬底上方设有隔离槽，所述n+GaN层上方设有阴极，所述n-GaN层与所述阴极之间还设有间隔区，所述T型阳极位于所述n-GaN层的正上方，所述n-GaN层与所述T型阳极的直径相等。

所述间隔区的宽度为0-200nm。