[发明专利]一种低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管及其制备方法，属于半导体材料技术领域。本发明提供的低反向漏电准垂直结构GaN SBD，在刻蚀后余下N‑GaN层的侧壁及刻蚀平台的部分区域（也即N+GaN表面的部分区域）进行离子注入，将注入区域的GaN变成绝缘体，阻止了电子从侧壁向欧姆电极的流动（即表面漏电），从而降低了反向漏电流，提升了器件的反向耐压。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

宽禁带半导体材料是最近十多年的研究热点，其中GaN材料由于具有大的禁带宽度、高的击穿场强、高的热导率、耐腐蚀能力强等特点，受到越来越多的关注。用GaN材料制作的肖特基二极管（SBD)，具有大电流、低正向开启电压、高反向耐压、低恢复时间等特点，成为大家研究的热点。GaN的应用为客户带来很多好处，例如，它可以降低二极管的开关损耗，因为在关断阶段无电压过冲，不需要有源吸能组件，提高能效和温度性能。还可以在多个方面优化用户电路的设计，通过提高能效，可以降低对散热器的需求；通过提高工作频率，可以使用更小的无源组件，达到降低噪声的要求；在开关时没有高频振荡现象，可以降低FIR滤波器的要求。

准垂直结构GaN SBD成本低、导通电阻小，但反向耐压较小，如何增加准垂直器件的耐压是业界的研究课题。准垂直结构的GaN SBD需要刻蚀N-GaN层（轻掺杂的n型GaN层），将N+GaN层（重掺杂的n型GaN层）暴露出来，从而制作欧姆电极。刻蚀N-GaN后，N-GaN的侧壁会受到刻蚀损伤，侧壁会有部分导电离子残留，即使后续在侧壁覆盖钝化层，也不能完全将导电离子去除，最终会使器件在加反向电压时（即在欧姆电极上加高压），部分电子会从N-GaN侧壁流向欧姆电极，从而形成反向漏电流，降低了器件的反向耐压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管及其制备方法，本发明制备的准垂直结构GaN SBD能够降低反向漏电流，提升器件的反向耐压。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上依次外延生长N+GaN层和N-GaN层；

在所述N-GaN层表面制作肖特基电极；

对所述肖特基电极未覆盖区域的N-GaN层的外周进行刻蚀，直到暴露出下方的N+GaN层，形成刻蚀平台；

对剩余N-GaN层的侧壁和所述刻蚀平台的部分区域进行离子注入，使被注入离子的GaN变成绝缘体，形成绝缘区域；所述刻蚀平台进行离子注入的区域与剩余N-GaN层的侧壁相连接；

在所述绝缘区域表面和N-GaN层表面除肖特基电极以外的区域覆盖钝化层；

在所述刻蚀平台表面钝化层以外的区域制备欧姆电极，使所述欧姆电极与所述钝化层相连接，得到低反向漏电准垂直结构GaN肖特基二极管。

优选的，所述离子注入的反应气体为氮气或氩气。

优选的，所述离子注入的条件包括：注入能量为100~200keV，离子束电流为10~20μA，注入剂量为1~2×10¹³/cm²。

优选的，所述钝化层为SiO₂层或SiN层。

优选的，所述肖特基电极采用的电极材料包括Ni/Au、Ni/Ag或Ni/Pt。

优选的，所述欧姆电极采用的电极材料包括Al、Ti或Al/TiN。

优选的，所述N+GaN层的掺杂浓度在1×10¹⁹/cm³以上。