[發(fā)明專利]基于石墨烯插入層結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811059355.2
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109346530A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 寧靜;張弛;王東;張進成;沈雪;陳智斌;馬佩軍;郝躍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/20;H01L29/16;H01L21/329
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于石墨烯插入層結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件。主要解決現(xiàn)有技術(shù)GaN外延層質(zhì)量不高的問題。其自下而上包括藍(lán)寶石襯底層(1)、磁控濺射氮化鋁層(2)、石墨烯層(3)和重?fù)诫sN型GaN層(4)；重?fù)诫sN型GaN層(4)的上方設(shè)有輕摻雜N型GaN層(5)，兩側(cè)為歐姆電極(7)；輕摻雜N型GaN層(5)的上方設(shè)有肖特基金屬阻擋層(8)；輕摻雜N型GaN層(5)與歐姆電極(7)之間及輕摻雜N型GaN層的上方分布有SiO₂鈍化層(6)。本發(fā)明通過增設(shè)磁控濺射氮化鋁層和石墨烯層，提高了GaN外延層的質(zhì)量，從而提高了SBD的電學(xué)特性，可用于制作GaN基半導(dǎo)體器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及一種GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件制備方法可用于半導(dǎo)體器件的制作。

背景技術(shù)

以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體具有禁帶寬度較大，熱傳導(dǎo)率高，擊穿電壓高，電學(xué)性質(zhì)良好等特點，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體電力器件中。GaN基半導(dǎo)體器件具有轉(zhuǎn)換速率高及低損失的特點，因此成為高效率的新一代半導(dǎo)體器件。

由于GaN外延層材料與襯底材料的晶格常數(shù)相差較大，在生長GaN外延層材料時容易形成高密度的晶格缺陷。這些缺陷嚴(yán)重影響了肖特基勢壘二極管SBD器件的電學(xué)性質(zhì)。因此，生長低缺陷密度的GaN外延層材料成為GaN基半導(dǎo)體器件研究的關(guān)鍵問題。

由于石墨烯與GaN的晶格常數(shù)相差不大，晶格失配較小，因此石墨烯插入層能夠降低GaN外延層的缺陷密度。而且石墨烯插入層可為肖特基勢壘二極管SBD器件從襯底材料上剝離提供可能。

英諾賽科(珠海)科技有限公司在申請專利“SBD器件及其制備方法”(申請?zhí)枺?01611184730.7，公布號：CN 106784022 A)中公開了一種制作GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件的制備方法。該方法具體步驟為：(1)制造金屬層；(2)設(shè)置在所述金屬層上的緩沖層；(3)設(shè)置在所述緩沖層上的重?fù)诫sn-GaN層；(4)設(shè)置在所述重?fù)诫sn-GaN層上的微量摻雜n-GaN層；(5)設(shè)置在微量摻雜n-GaN層上的肖特基阻擋層。但是，該方法由于直接在緩沖層上生長GaN外延層，GaN在生長過程中會出現(xiàn)由于晶格失配產(chǎn)生的較高缺陷密度，從而降低了肖特基勢壘二極管的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于石墨烯插入層結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件制備方法，以提高肖特基勢壘二極管SBD器件的電學(xué)性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)思路是：通過在藍(lán)寶石襯底上磁控濺射一層氮化鋁薄膜，緩解襯底與石墨烯之間由于晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力；通過石墨烯插入層的緩沖作用降低GaN外延層缺陷密度，提高GaN外延層質(zhì)量；通過調(diào)節(jié)各層生長過程中的生長條件，其中包括：壓力、流量、溫度，以及各層的生長厚度，減少石墨烯與GaN的晶格缺陷，提高肖特基勢壘二極管SBD器件的電學(xué)性能。其實現(xiàn)方案如下:

1.一種基于石墨烯插入層結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件，包括藍(lán)寶石襯底層(1)、重?fù)诫sN型GaN層(4)、輕摻雜N型GaN層(5)、SiO₂鈍化層(6)、歐姆電極(7)和肖特基金屬阻擋層(8)，其特征在于在藍(lán)寶石襯底層(1)與重?fù)诫sN型GaN層(4)之間依次設(shè)有磁控濺射氮化鋁層(2)和石墨烯層(3)。

進一步,所述輕摻雜N型GaN層位于重?fù)诫sN型GaN層之上，歐姆電極位于重?fù)诫sN型GaN層上方的兩側(cè)，肖特基金屬阻擋層位于輕摻雜N型GaN層的上方，SiO₂鈍化層分布在輕摻雜N型GaN層與歐姆電極之間及輕摻雜N型GaN層的上方。

2.一種制備基于石墨烯插入層結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢壘二極管SBD器件的方法,包括:

1)在藍(lán)寶石襯底上磁控濺射氮化鋁，得到濺射氮化鋁基板；

2)生長、轉(zhuǎn)移石墨烯；