[发明专利]适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器及其制备方法

摘要

本发明公开了适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法：在硅衬底上依次生长N极性面GaN缓冲层、碳掺杂半绝缘化N极性面GaN层、非掺杂N极性面AlGaN层、非掺杂N极性面GaN层和非掺杂N极性面InGaN薄膜，得到整流器外延片；在GaN整流器外延上制备肖特基接触电极图案凹槽，并在凹槽中沉积肖特基接触电极；制备欧姆接触电极图案，并在外延片表面沉积器件欧姆接触电极；随后在外延片表面无电极部分沉积氮化硅钝化层，制备表面电极区域；最后再对GaN整流器外延片进行台面隔离处理。本发明实现了高频GaN整流器的制备，提高整流器件在大功率工作下的性能稳定性。

主权项

1.适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在硅衬底上依次生长N极性面GaN缓冲层、碳掺杂半绝缘化N极性面GaN层、非掺杂N极性面AlGaN层、非掺杂N极性面GaN层和非掺杂N极性面InGaN薄膜，得到整流器外延片；

(2)将步骤(1)所得GaN整流器外延片依次置于丙酮、去离子水、无水乙醇中超声处理，拿出后经去离子水清洗再用热高纯氮气吹干；

(3)对步骤(2)得到的GaN整流器外延片进行肖特基接触电极图案光刻制备：通过旋涂匀胶在步骤(2)所得GaN整流器外延片上均匀涂抹光刻胶，将涂有光刻胶的GaN整流器外延片进行预烘，随后放入光刻机中进行曝光，最后将曝光后的外延片浸入显影液中进行光刻显影并清洗；

(4)对光刻后GaN整流器外延片进行反应离子刻蚀，在GaN整流器外延片中，沿肖特基接触电极图案刻蚀出凹槽，得到欧姆接触电极；

(5)将步骤(4)所得刻有欧姆接触电极对应图案凹槽的GaN整流器外延片放入电子束蒸发设备中，对蒸发腔体抽真空，随后依次蒸镀肖特基接触电极金属，蒸镀结束后，对GaN整流器外延片进行退火；

(6)将GaN整流器外延片浸入去胶液后去除，使用去离子水冲洗并使用丙酮对GaN整流器外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属进行超声处理去除，超声后再经去离子水清洗，再用热高纯氮气吹干；

(7)通过掩膜板中的对准标记，对GaN整流器外延片进行对准，重复步骤(3)工艺，在相应位置上光刻显影，制备器件欧姆接触电极图案并清洗；

(8)对GaN整流器外延片进行欧姆接触电极制备：将步骤(7)所得光刻显影出欧姆接触电极图案的GaN整流器外延片放入电子束蒸发设备中，对蒸发腔抽真空，随后依次蒸镀欧姆接触电极金属，蒸镀结束后，对GaN整流器外延片进行退火；

(9)重复步骤(6)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除GaN外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属；

(10)使用等离子体增强化学气相沉积方法制备氮化硅钝化层：将步骤(9)所得的GaN整流器外延片放入等离子体增强化学气相沉积设备中，升温并在抽高真空后通入载气与反应气体，在GaN整流器外延片表面沉积SiN_x钝化层；其中x＝1.33‑1.5；

(11)重复步骤(3)工艺，通过光刻显影在GaN外延片表面制备掩膜板，将欧姆接触电极与肖特基接触电极图案上的SiNx暴露出来；

(12)使用湿法刻蚀方法，将暴露出来的SiNx刻蚀掉，最后重复步骤(6)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除GaN整流器外延片表面残留的光刻胶与氮化硅钝化层并清洗；

(13)通过掩膜板对准标记对准，重复步骤(3)工艺，在GaN外延片表面光刻显影制备台面隔离图案；

(14)台面隔离：重复步骤(4)工艺，使用反应离子刻蚀设备，对步骤(13)得到的GaN整流器外延片表面进行凹槽刻蚀并清洗；

(15)台面隔离钝化层制作：将步骤(14)所得的GaN整流器外延片放入等离子体辅助化学气象沉积设备中，重复步骤(10)工艺，在GaN整流器外延片刻蚀凹槽内沉积SiN_x钝化层；

(16)使用步骤(12)湿法腐蚀工艺去除步骤(15)处理后的GaN整流器外延片表面多余SiN_x层后，采用步骤(6)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除GaN整流器外延片表面残余SiN_x与光刻胶；最后制得硅衬底上适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器芯片。

2.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的硅衬底以(111)密排面为外延面；

所述N极性面GaN缓冲层、碳掺杂半绝缘化N极性面GaN层、非掺杂N极性面AlGaN层、非掺杂N极性面GaN层和非掺杂N极性面InGaN薄膜均以为外延方向。

3.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(6)所述超声处理的时间均为3～15min。

4.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述光刻胶的厚度在0.2～0.7μm；所述曝光的时间为1～4s；所显影的时间为45～95s。

5.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述凹槽的深度为150～400nm。

6.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(5)和(8)所述真空的真空度均为1～5×10^‑5Pa；步骤(5)和(8)所述退火的温度均为450～800℃，所述退火的时间均为30～120min。

7.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述浸泡时间为45～100min。

8.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(10)和步骤(15)所述SiN_x钝化层的沉积时间均为60～120min。

9.根据权利要求1所述的适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法，其特征在于，步骤(14)所述凹槽的深度为1～2.5μm。

10.适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器的制备方法制备得到。