[發明專利]陽極邊緣浮空的GaN微波二極管及制備方法

有效

• 申請號: 201910976688.X
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110707158B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 張進成;黨魁;周弘;張濤;張葦杭;寧靜;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/88
• 分類號: H01L29/88;H01L29/417;H01L21/329
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種陽極邊緣浮空的GaN微波二極管制備方法，主要解決GaN橫向微波二極管電容大，頻率響應慢的問題。自下而上包括襯底(1)、GaN緩沖層(2)、GaN溝道層(3)和AlGaN勢壘層(4)，該溝道層及勢壘層上設有圓形凹槽(5)，凹槽的外圍勢壘層上設有環形陰極(6)，凹槽的底部、側壁及凹槽邊緣勢壘層上方設有陽極(7)，且凹槽邊緣勢壘層上方的陽極與下方勢壘層之間設有80?300nm的間隙，形成長度為0.3?2μm的部分陽極浮空結構。本發明能大幅降低GaN微波二極管結電容，顯著提高器件頻率響應，可廣泛應用于微波整流和微波限幅。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，特別涉及使用一種陽極邊緣浮空的GaN微波二極管，可用于微波整流或微波限幅。

技術背景

作為一種寬禁帶半導體材料，GaN材料具有極大的電學性能優勢，AlGaN/GaN異質結結構因為其強大的自發極化和壓電極化效應，會在靠近界面處GaN一側感生出高濃度的二維電子氣，由于電子被限制的勢阱中，且該區域雜質摻雜極少，因此電離雜質散射和合金無序散射較小，二維電子氣具有極高的遷移率和電子飽和速率。且GaN由于材料固有的寬禁帶屬性，其臨界擊穿場強極大，適合制作大功率高頻微波器件。為了進一步提高GaN二極管器件的頻率響應，需要降低器件的電容和電阻。

現有技術之一是GaN橫向二極管，該技術在AlGaN/GaN異質結上刻蝕出臺面隔離區域，并在臺面上分別制作條形的歐姆接觸和肖特基接觸，如圖1。為了減小器件電容，條形肖特基接觸金屬尺寸必須不斷縮小，因此需要使用高分辨率的步進式光刻機或電子束直寫設備，這兩款設備價格昂貴、效率較低、工藝成品率低，且該技術不能避免肖特基金屬與下方二維電子氣的交疊，因此提升水平有限。

現有技術之二是凹槽陽極結構GaN橫向二極管，該技術在前一種技術基礎上，在陽極下方引入刻蝕區域，由于異質結結構被破壞，刻蝕區域電容被消除，器件電容得到很大程度的減小，其結構如圖2。但為了保證工藝可行性，陽極邊緣需要搭在AlGaN勢壘層上，依然會引入部分由于肖特基陽極與二維電子氣交疊產生的電容，影響性能。

發明內容

本發明的目的在于克服GaN微波二極管的不足，提供一種基于陽極邊緣浮空的GaN微波二極管及制備方法，，以結合凹槽陽極刻蝕工藝，減小結電容，提升器件性能，大幅提高器件工作頻率。

為實現上述目的，本發明陽極邊緣浮空的GaN微波二極管，自下而上包括襯底、GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN勢壘層，其特征在于，在溝道層及勢壘層上設有圓形凹槽，凹槽的外圍勢壘層上設有環形陰極，凹槽的底部、側壁及凹槽邊緣勢壘層上方設有陽極，且凹槽邊緣勢壘層上方的陽極與下方勢壘層之間設有80-300nm間隙，形成長度為0.3-2μm的部分陽極浮空結構。

作為優選，其特征在于，凹槽的深度為AlGaN勢壘與GaN表面以下5-25nm。

作為優選，其特征在于，襯底采用厚度為400μm-600μm的SiC襯底或厚度為400μm-600μm藍寶石襯底或厚度為400μm-1000μm的Si襯底。

作為優選，其特征在于，外延緩沖層采用厚度為1μm-6μm的GaN緩沖層或厚度為1μm-6μm的AlGaN漸變緩沖層。

作為優選，其特征在于，GaN溝道層采用厚度為100nm-400nm的非故意摻雜GaN。

作為優選，其特征在于，陽極采用厚度為30-200nm的Ni金屬和0-200nm的Au金屬疊層。