[发明专利]一种基于纳米结构的结势垒肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米结构的结势垒肖特基二极管及其制备方法，其包含依次设置于衬底上的n⁺型β‑氧化镓纳米柱、β‑氧化镓本征层、p型氮化镓纳米线阵列、阳极金属填充层以及阳极保护层，阳极金属填充层填充p型氮化镓纳米线阵列的间隙，与本征层形成肖特基接触，β‑氧化镓纳米柱水平设置于衬底上，其一端面设置与其形成欧姆接触的阴极，实现了pin结与肖特基二极管相结合，使得该微型化的肖特基二极管在保持低导通电压的同时具有低反向漏电流和耐压高的特性，同时本发明的器件结构在材料的选择和生长方面进一步提高了二极管的生长质量，在纳米电子及光电子器件中具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种基于纳米结构的结势垒肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

肖特基二极管是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，又称为肖特基势垒二极管。由于其低的导通压降和极短的反向恢复时间可提高电路系统效率，从而引起人们的广泛关注和应用。但是其反向偏压低，反向漏电流大，对器件的安全性造成很大的威胁。PiN二极管具有高击穿电压、低通态压降以及小漏电等优点，但是其瞬态特性受限于载流子存贮效应，使其无法满足高频领域的应用。

随着微纳技术的不断进步，电子器件的微型化成为发展趋势之一，许多功能单元已经达到纳米尺度。肖特基二极管由于具有比PN结更快的开关速度和更低的开启电压，在纳米电子器件中发挥着重要作用，稳定可靠的肖特基二极管是当今纳米电子器件的关键问题之一。由此可见，提供一种导通电压低同时漏电流小、耐压高的纳米结构的肖特基二极管十分有必要。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种基于纳米结构的结势垒肖特基二极管，以获得尺寸小、开关速率块、导通电压低、开启电流高、反向漏电流低以及耐压高的纳米结构的结势垒肖特基二极管。

本发明提供的纳米结构的结势垒肖特基二极管利用n⁺型β-氧化镓纳米柱、β-氧化镓本征层以及p型GaN纳米线阵列构成多个PIN结，并以金属Ni填充p型GaN纳米线阵列中的间隙，与β-氧化镓本征层接触形成肖特基势垒。在二极管正向偏压时，肖特基势垒降低，空间电荷区减小，电子源源不断从β-氧化镓纳米柱流向Ni金属层，形成电流I₁，具有很低的开启电压。同时pin结也为正偏，空间电荷区减小，电子也源源不断从β-氧化镓纳米柱流向p型GaN与空穴复合，形成电流I₂，增大了导通电流同时降低了通态电压。实现低导通电压，高开启电流。在二极管反偏时，pin结反偏，耗尽区增大并截止反向电流流过。并且两个相邻耗尽区随着反向偏压的增大逐渐靠拢甚至重叠，最后形成更大的耗尽层来承担更高的反向偏压，将肖特基势垒区屏蔽在高场之外，减弱了肖特基势垒降低效应，提高器件反向耐压的同时减小了反向漏电流。基于此，本发明至少提供如下技术方案：

一种纳米结构的结势垒肖特基二极管，其包含衬底、依次层叠于所述衬底表面的n⁺型β-氧化镓纳米柱、β-氧化镓本征层、p型氮化镓纳米线阵列、阳极金属填充层以及阳极保护层；

其中，所述β-氧化镓纳米柱水平设置于所述衬底的表面，所述β-氧化镓本征层包裹所述β-氧化镓纳米柱的部分侧表面，所述p型氮化镓纳米线沿所述β-氧化镓本征层表面的法线阵列排布，所述阳极金属填充层填充所述p型氮化镓纳米线阵列的间隙，所述阳极保护层设置于所述阳极金属填充层上，与所述β-氧化镓本征层形成肖特基接触；

还包括设置于所述β-氧化镓纳米柱一端面的阴极，所述阴极与所述β-氧化镓纳米柱之间形成欧姆接触。

进一步的，所述阳极金属填充层的材料选用Ni或Pt，其厚度为1～1.5μm。

进一步的，所述阳极金属填充层优选Ni；所述阳极保护层优选Au，其厚度为100～200nm。