[发明专利]一种GaN基异质结横向肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基异质结横向肖特基二极管及其制备方法，制备出的二极管包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、成核层、过渡层、缓冲层、沟道层、插入层、势垒层、帽层；从帽层表面开始自上而下直至沟道层内部刻蚀有凹槽，在凹槽内设置有阳极，阳极覆盖帽层的部分区域；在凹槽还设置有介质层，介质层包裹阳极直至插入层内部或势垒层内部，阳极与帽层部分区域之间设置有介质层；阳极的部分区域覆盖介质层，可以减少由阳极向各层内壁泄露电流的路径，从而降低器件工作漏电流。另外介质层可以增加阳极金属与二维电子气沟道的等效电学距离，有效减少二极管的阳极寄生电容。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种GaN基异质结横向肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

肖特基二极管是利用金属-半导体形成的肖特基接触，或称整流接触设计的一种器件。肖特基二极管是一种多子器件，载流子通过热电子发射穿过阳极金属与半导体的势垒，不会在半导体一侧形成积累，不会形成扩散电容，没有少子存储效应，因此肖特基二极管相比于PN结二极管更适合在高频工作。

GaN基第三代半导体材料具有禁带宽度宽、临界击穿场强高、迁移率相对比较高、电子饱和速度高、自发极化系数比较大等优异性质。从电流方向来分类，GaN基肖特基二极管可以分为横向二极管和纵向二极管。GaN横向二极管可以利用GaN异质结结构中的高电子浓度二维电子气(2DEG)，将阳极区域刻蚀成凹槽后淀积阳极金属，使阳极金属与2DEG导电沟道形成肖特基接触，从而降低了肖特基二极管的开启电压与导通电阻。

现有的GaN基肖特基二极管在阳极凹槽的制备过程中，刻蚀工艺不可避免的带来一些刻蚀损伤，刻蚀损伤会降低阳极金属与帽层、势垒层之间的势垒高度，从而在反向偏压工作时造成较高的漏电。另外，上述结构的阳极金属与二维电子气沟道之间存在较大面积的耦合，从而形成寄生电容，造成RC延迟，导致器件的高频性能恶化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种GaN基异质结横向肖特基二极管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种GaN基异质结横向肖特基二极管，包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、成核层、过渡层、缓冲层、沟道层、插入层、势垒层、帽层；沟道层与插入层之间形成高电子密度的二维电子气沟道；

从帽层表面开始自上而下直至沟道层内部刻蚀有凹槽，在所述凹槽内设置有阳极，所述阳极覆盖所述帽层的部分区域；在远离所述阳极一端的帽层上设置阴极；在凹槽还设置有介质层，所述介质层包裹所述阳极直至插入层内部或势垒层内部，阳极与帽层部分区域之间设置有介质层。

在本发明的一个实施例中，介质层的材料为介电常数小于3.9的低k介质材料，以降低凹槽中阳极金属与二维电子气之间的寄生电容。

在本发明的一个实施例中，低K介质材料包括多孔二氧化硅、碳掺二氧化硅、氟掺二氧化硅和碳硅氧氢化物。

在本发明的一个实施例中GaN基异质结横向肖特基二极管，包括：

衬底层厚度为100-1500μm；

成核层厚度为50-300nm；

过渡层厚度为0.5-3μm；

缓冲层厚度为0.5-10μm；

沟道层厚度为50-500nm；

插入层厚度为0.5-3nm；

势垒层厚度为2-40nm；

帽层厚度为1-5nm。

在本发明的一个实施例中GaN基异质结横向肖特基二极管的制备方法，包括：

S1：获取衬底；