[发明专利]基于碳化硅衬底的垂直氮化铝PN结二极管及制备方法

权利要求书

1.一种基于碳化硅衬底的垂直氮化铝PN结二极管，自下而上包括阴极(1)、衬底(2)、n型外延层(3)、p型外延层(4)、阳极(5)，阳极(5)两侧与p型外延层(4)上部的相交处设有钝化层(6)，其特征在于：

所述衬底(2)采用n型高掺碳化硅，其掺杂浓度为10¹⁷-10²⁰cm^-3，以提高外延层的质量；

所述n型外延层(3)和p型外延层(4)均采用氮化铝材料，且n型外延层(3)的掺杂浓度为10¹³-10¹⁹cm^-3，p型外延层(4)的掺杂浓度为10¹³-10¹⁹cm^-3，以提高击穿电压；

所述p型外延层(4)两侧设有阻碍载流子迁移的高阻区，以抑制反向漏电，提高器件的击穿电压。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：阴极(1)与衬底(2)形成欧姆接触，其金属材料为Ni、Ti、Al、W、Cr、Ta、Mo、TiC、TiN、TiW中的任意一种或任意几种的组合。

3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：阳极(5)与p型外延层(4)形成欧姆接触，其金属材料为Ni、Pt、Pd、Au、W中的任意一种或任意几种的组合。

4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：钝化层(6)为绝缘材料Al₂O₃、SiO₂、SiNx、HfO₂中的任意一种或两种及以上的组合。

5.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：

衬底(2)的厚度为100-5000μm；

n型外延层(3)与p型外延层的总厚度不超过20μm。

6.一种基于碳化硅衬底的垂直氮化铝PN结二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)选用外延片，并依次进行有机清洗与无机清洗，该外延片自下而上包括掺杂浓度为10¹⁷-10²⁰cm^-3且厚度为100-5000μm的n型高掺杂碳化硅衬底、掺杂浓度为10¹³-10¹⁹cm^-3n型氮化铝外延层和掺杂浓度为10¹³-10¹⁹cm^-3p型氮化铝外延层，且氮化铝外延层的总厚度不超过20μm；

2)在高掺杂n型碳化硅衬底背侧采用蒸发工艺淀积阴极金属，并根据阴极金属的材料，在400-1200℃条件下进行退火30s-10min处理，形成欧姆接触，获得阴极；

3)在p型氮化铝外延层上制作掩膜，并采用离子注入工艺在p型氮化铝外延层两侧注入高能离子，形成高阻区；

4)将完成离子注入的外延片进行光刻，获得阳极图形，并采用蒸发工艺在p型氮化铝外延层上淀积阳极金属，形成欧姆接触，获得阳极；

5)将完成上述步骤的外延片采用电感耦合等离子体增强型化学气相淀积工艺生长钝化层；

6)对生长完钝化层的外延片材料进行光刻，获得阳极图形；用反应离子刻蚀系统在阳极图形区域刻蚀掉钝化层，完成器件制作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，3)中在p型氮化铝外延层两侧注入高能离子，其元素为H、He、N、F、Ne、Mg、Al、Ar、Fe中的一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，3)中的离子注入，其工艺参数如下：

注入能量为30-250keV；

注入剂量为1×10¹⁴-1×10¹⁵；

离子注入角度5°-7°。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，5)中的电感耦合等离子体增强型化学气相淀积，其工艺参数如下：

射频源功率为50-270W；

离子源功率为300-2700W；

SiH₄流量为0-90sccm；

N₂O流量为0-100sccm；

N₂流量为20-180sccm；

反应压力为0-90mtorr；

温度范围为75-300℃。