[发明专利]阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管及制备方法

说明书

本发明涉及一种阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管及制备方法，本发明的GaN二极管包括：自下而上依次设置的衬底层、GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层；AlGaN势垒层上设置有阴极；AlGaN沟道层和AlGaN势垒层内设置有凹槽，凹槽的底部、侧壁以及部分AlGaN势垒层上设置有阳极；AlGaN势垒层上未被覆盖的区域设置有介质层；其中，阳极与凹槽以及AlGaN势垒层的接触部分为晶向为100的W或Ni金属。本发明的GaN二极管，采用晶向为100的W或Ni金属作为阳极金属，相比于混合晶向的阳极金属具有更好的功函数匹配，从而形成了势垒更小的肖特基接触，使得二极管具有更小的开启电压。

技术领域

本发明属于微电子术领域，具体涉及一种阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管及制备方法。

背景技术

由于GaN具有禁带宽度大、直接带隙、击穿场强高、热导率高的优点，在条件恶劣环境中，也具有优良的电学和光学性质，因而在电力电子器件等领域得到了广泛的应用，其主要用途为二极管和HEMT。但是由于GaN的材料属性，当GaN材料用于二极管器件时，由于与金属的功函数差较大，器件的肖特基势垒较高，从而导致GaN二极管的开启电压相对于传统材料制备的二极管开启电压高，极大影响其效率。

传统的基于AlGaN/GaN结构的二极管多采用Pt等金属与AlGaN层实现肖特基接触，由于较高的势垒高度，器件的开启电压多在1V以上，使得在小功率整流等领域受限，因此，制备低开启电压的GaN二极管可以极大提高器件性能，具有很大的使用意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管，包括：

自下而上依次设置的衬底层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层；

所述AlGaN势垒层上设置有阴极；

所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层内设置有凹槽，所述凹槽的底部、侧壁以及部分所述AlGaN势垒层上设置有阳极；

所述AlGaN势垒层上未被覆盖的区域设置有介质层；

其中，所述阳极与所述凹槽以及所述AlGaN势垒层的接触部分为晶向为100的W或Ni金属。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽的底部位于所述AlGaN势垒层与所述GaN沟道层界面以下2-20nm。

在本发明的一个实施例中，所述阳极为厚度为20-120nm的W或Ni金属和100-200nm的Au金属叠层。

在本发明的一个实施例中，所述介质层为厚度为100-300nm的SiO₂介质层。

本发明还提供了一种阳极金属晶向一致的低开启电压GaN二极管的制备方法，包括：

S1：清洗AlGaN/AlGaN结构的外延片；

S2：在所述外延片上制备台面隔离；

S3：在所述外延片上淀积Ti/Al/Ni/Au金属叠层，形成二极管的阴极；

S4：刻蚀AlGaN势垒层及GaN沟道层至AlGaN/GaN界面以下，形成凹槽，在所述凹槽内以及部分所述AlGaN势垒层上淀积W或Ni金属和Au金属叠层，形成二极管的阳极，其中，所述阳极与所述凹槽以及所述AlGaN势垒层的接触部分为晶向为100的W或Ni金属；

S5：在所述外延片上未被覆盖的区域上沉积SiO₂介质层，使用RIE刻蚀机刻蚀通孔区域至阴极金属表面。