[发明专利]具有异质结终端的氮化镓肖特基势垒二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有异质结终端的氮化镓肖特基势垒二极管及制备方法，主要解决现有技术击穿电压低、可靠性差的问题。其自下而上包括衬底层(1)、氮化镓沟道层(2)、铝镓氮势垒层(3)，铝镓氮势垒层上的两端分别为欧姆阴极金属层(4)及肖特基阳极金属层(5)；肖特基阳极金属层的左侧设有P型氧化镍层(6)，以使器件在反向工作时形成更宽的耗尽区；欧姆阴极金属层与P型氧化镍层之间设有钝化介质层(7)，以填补铝镓氮势垒层中的N空位；该肖特基阳极金属层采用嵌入式凹槽结构，其一侧与P型氧化镍层紧贴，下部嵌入到氮化镓沟道层中。本发明提高了氮化镓肖特基势垒二极管的反向击穿电压，降低了反向漏电，可用于高频高功率电子设备。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别是涉及一种氮化镓肖特基势垒二极管，可用于制作各种高功率电子设备。

背景技术

氮化镓是第三代半导体材料的代表，它具有3.4eV的超宽禁带宽度，其理论击穿场强比硅基器件高出很多，同时氮化镓基器件还具有高的电子迁移率和低的本征载流子浓度，因此适用于制备大功率器件，进而应用在军工、航天等对器件可靠性要求极高的设备中。氮化镓基肖特基势垒二极管在具有上述优势和特点的同时，与PN结二极管相比，具有超低的导通电压和较小的反向漏电，在高功率、高温的恶劣工作条件下也能较好的发挥，因此得到广泛应用。

结合国内外的发展，目前的肖特基势垒二极管仍存在一些问题。除去外延本身就是异质结存有一定的位错密度外，还有其他的一些寄生问题。比如，氮化镓基的肖特基势垒二极管实质上它的击穿电压与材料理论击穿值相比仍有很大的提升空间；在二极管反向工作时，漏电虽然较传统PN结二极管小，但还有可优化的余地，能够进一步减小漏电。

现有的横向氮化镓肖特基势垒二极管结构，如图1所示，其自下而上包括衬底层1、氮化镓沟道层2、铝镓氮势垒层3，在铝镓氮势垒层3上设有欧姆阴极金属4和肖特基阳极金属5。目前关于氮化镓肖特基势垒二极管的应用非常广泛，因此对于该器件的研究具有不可估量的价值。如图1现有的这种肖特基势垒二极管结构由于没有终端结构的保护，器件反向性能不够突出。另外，由于在二极管反向工作时，肖特基势垒高度不够高，因此耗尽程度不高，导致漏电流较大。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种具有异质结终端的氮化镓肖特基势垒二极管及制备方法，以有效增大氮化镓二极管的反向击穿电压、降低漏电流，提升器件性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种具有异质结终端的氮化镓肖特基势垒二极管，其自下而上包括衬底层1、氮化镓沟道层2、铝镓氮势垒层3，铝镓氮势垒层3上部的两端分别为欧姆阴极金属层4和肖特基阳极金属层5，其特征在于：肖特基阳极金属层5的左侧设有P型氧化镍层6，以使器件在反向工作时，形成的耗尽区更宽，耗尽效果更强，降低反向漏电流的大小；欧姆阴极金属层4与P型氧化镍层6之间设有钝化介质层7，以填补铝镓氮势垒层3中的N空位，降低漏电流大小，进而增高击穿电压。

进一步，所述肖特基阳极金属层5采用嵌入式凹槽结构，即一侧与P型氧化镍层6紧贴，下部嵌入到氮化镓沟道层2中，其凹槽深度为10nm～100nm。

进一步，所述铝镓氮势垒层3的厚度为10nm～100nm；所述氮化镓沟道层2的厚度为100nm～2um；所述P型氧化镍层6的厚度为100nm～500nm。

进一步，所述钝化介质层7，采用的介质材料为SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄中的一种，其厚度为50nm～200nm。

进一步，所述欧姆阴极金属层4，采用Ti、Al、Ni、Au和Pt金属中的一种材料形成单层或多种材料组成多层；所述肖特基阳极金属层5，采用Ni、Au和W金属中的一种材料形成单层或多种材料组成多层。