[發明專利]基于離子注入氟實現高增益氮化鎵肖特基二極管的制備方法

在審

• 申請號: 201710368026.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107221565A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 閆大為;羊群思
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329;H01L21/265
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技術領域

本發明涉及一種肖特基二極管的制作領域，具體涉及一種通過離子注入氟改進寬禁帶半導體材料氮化鎵肖特基二極管制作工藝的方法。

背景技術

寬禁帶III族氮化物半導體，GaN材料由于自身在高頻、大功率領域具有巨大潛力，因此GaN基的電子器件對于高級通信網絡中的放大器、調制器和其他關鍵器件非常有用。GaN晶體管可以將未來的無線網絡基站放大器的效率提高到現在的兩倍或三倍。GaN晶體管的耐熱性能、高功率性能使得其在雷達，汽車電子電路方面成為非常理想的元器件。應當注意到，作為基礎的半導體器件之一和其它器件的重要構成，肖特基接觸結構的電學行為對整個器件的電學特性具有不可忽略的影響。例如，對于AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管，非理想的肖特基柵極結構容易引起器件整體電學特性下降等嚴重的可靠性問題，如漏電流退化、噪音增大和擊穿電壓減小等^[1-3]。不幸的是，GaN外延層和異質襯底(如藍寶石)之間存在較大的晶格和熱膨脹失配，所生長的薄膜內線性位錯密度較高，約10⁸-10¹⁰cm^-2,容易導致所制備的肖特基接觸的漏電流密度比理論值大幾個數量級^[4-5]。目前，采用自支撐同質GaN襯底可有效減小外延層內的位錯密度和提高外延層質量，為進一步制備高性能GaN器件提供材料生長技術支撐。

某種程度上，肖特基二級管的工作方式與單邊突變p-n結的工作方式在電學上有些相似，但是肖特基二極管是多數載流子工作的器件，因此具有快速響應能力。所以除了電荷存儲二極管外，p-n結二極管的端功能都可由肖特基二極管來完成，這是因為在多數載流子器件中，電荷存儲時間非常短。另外一個區別在于肖特基二極管有較大的電流密度，這是因為其內建電勢較小以及熱電子發射與擴散相比所具有的天然特性，使得正向壓降降低，但同時也帶來了一些缺點，如肖特基二極管的反向電流大，擊穿電壓低。通過在傳統的肖特基二極管制備的工藝工程中，在鈍化層淀積與肖特基金屬電極蒸發兩步工藝之間加入離子注入氟的工藝，F離子的存在可以提高內建勢壘高度Φ_F從而減小反向電流。有結果表明退火后F離子注入過程中在勢壘層中引入的缺陷和陷阱對器件的性能影響很小。基于F離子注入減小肖特基二極管反向電流的方法具有工藝簡單、重復性高且彌補了材料質量中的缺陷和位錯密度高的不足，經過大量實驗發現，表面電勢的增加是永久性的。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術所存在的不足，提供了一種通過離子注入氟實現高增益氮化鎵肖特基二極管的工藝方法，可有效減低器件反向偏壓電流，并且可實現性強。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：

一種基于離子注入氟實現高增益氮化鎵肖特基二極管，包括

同質GaN體襯底及部分區域經過離子注入氟處理的n-GaN半導體層；所述部分區域經過離子注入氟處理的n-GaN半導體層上設置有肖特基金屬電極；所述部分區域未經過離子注入氟處理的n-GaN半導體層上設置有歐姆金屬電極。

在實施例中，所述的圓環形歐姆金屬電極將所述的圓形肖特基金屬電極設在其內圓弧中，兩個電極的距離為20um。

在實施例中，所述的歐姆金屬電極為Ti/Al/Ni/Au四層電極，厚度為240nm；所述的肖特基金屬電極為Ni/Au雙層電極，厚度為300nm。

一種基于離子注入氟實現高增益氮化鎵基肖特基二極管的制備方法，其特征在于，所述具體制作步驟包括：

Ⅰ、在同質GaN體襯底上通過金屬有機氣相外延法生長濃度為4.1x10¹⁶cm^-3的n型GaN摻雜層，體襯底與外延片總厚度為330um，把清洗干凈的GaN外延片浸入按一定比率稀釋的氫氟酸溶液中60秒去除半導體表面氧化物。

Ⅱ、利用標準光刻和lift-off技術定義器件的結構。

Ⅲ、在n型GaN外延層上利用電子束蒸發在歐姆電極區域沉積Ti/Al/Ni/Au作為環形歐姆接觸的金屬，并在氮氣氣氛下進行800度退火處理70秒，形成良好的歐姆接觸。

Ⅳ、在外延片正面采用熱氧化或等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)或者低壓化學氣相沉積法(LPCVD)沉積氧化硅鈍化層。采用激光刻蝕選擇性去除外延片上離子注入區域的氧化硅,未刻蝕的氧化硅作為后期離子注入的掩膜，減小歐姆電極下方氟離子濃度。