[發(fā)明專利]陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011060616.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112331723B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧?kù)o;張弛;張進(jìn)成;王博宇;王東;馬佩軍;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/872
• 分類號(hào): H01L29/872;H01L21/329;H01L29/47;H01L29/20
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

1.一種陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管，其特征在于，包括：

自下而上依次設(shè)置的襯底層(1)、GaN緩沖層(2)、GaN溝道層(3)和AlGaN勢(shì)壘層(4)；

所述AlGaN勢(shì)壘層(4)上設(shè)置有陰極(5)；

所述GaN溝道層(3)和所述AlGaN勢(shì)壘層(4)內(nèi)設(shè)置有凹槽，所述凹槽的底部、側(cè)壁以及部分所述AlGaN勢(shì)壘層(4)上設(shè)置有陽(yáng)極(6)；

所述AlGaN勢(shì)壘層(4)上未被覆蓋的區(qū)域設(shè)置有介質(zhì)層(7)；

其中，所述陽(yáng)極(6)與所述凹槽以及所述AlGaN勢(shì)壘層(4)的接觸部分為晶向?yàn)?00的W或Ni金屬。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管，其特征在于，所述凹槽的底部位于所述AlGaN勢(shì)壘層(4)與所述GaN溝道層(3)界面以下2-20nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管，其特征在于，所述陽(yáng)極(6)為厚度為20-120nm的W或Ni金屬和100-200nm的Au金屬疊層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管，其特征在于，所述介質(zhì)層(7)為厚度為100-300nm的SiO₂介質(zhì)層。

5.一種陽(yáng)極金屬晶向一致的低開(kāi)啟電壓GaN二極管的制備方法，其特征在于，包括：

S1：清洗AlGaN/AlGaN結(jié)構(gòu)的外延片；

S2：在所述外延片上制備臺(tái)面隔離；

S3：在所述外延片上淀積Ti/Al/Ni/Au金屬疊層，形成二極管的陰極；

S4：刻蝕AlGaN勢(shì)壘層及GaN溝道層至AlGaN/GaN界面以下，形成凹槽，在所述凹槽內(nèi)以及部分所述AlGaN勢(shì)壘層上淀積W或Ni金屬和Au金屬疊層，形成二極管的陽(yáng)極，其中，所述陽(yáng)極與所述凹槽以及所述AlGaN勢(shì)壘層的接觸部分為晶向?yàn)?00的W或Ni金屬；

S5：在所述外延片上未被覆蓋的區(qū)域上沉積SiO₂介質(zhì)層，使用RIE刻蝕機(jī)刻蝕通孔區(qū)域至陰極金屬表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

S21：在清洗后的所述外延片上進(jìn)行勻膠、烘膠、光刻及顯影；

S22：使用ICP刻蝕GaN臺(tái)面外區(qū)域；

S23：將刻蝕后的外延片依次放入丙酮溶液、異丙醇溶液中，進(jìn)行超聲清洗然后用氮?dú)獯蹈桑纬善骷_(tái)面隔離。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：在形成臺(tái)面隔離的外延片上進(jìn)行勻膠、烘膠、光刻及顯影；

S32：使用電子束蒸發(fā)設(shè)備在所述外延片上淀積Ti/Al/Ni/Au金屬疊層；

S33：將淀積了金屬疊層的外延片用丙酮溶液浸泡，使得陰極金屬外的金屬被剝離，再將剝離金屬后的外延片依次放入丙酮溶液、異丙醇溶液中，進(jìn)行超聲清洗，然后用氮?dú)獯蹈珊蠓湃肟焖偻嘶馉t進(jìn)行退火，完成二極管的陰極制備。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4包括：

S41：在制備了陰極的外延片上進(jìn)行勻膠、烘膠、光刻及顯影；

S42：使用ICP刻蝕機(jī)刻蝕所述AlGaN勢(shì)壘層及所述GaN溝道層至AlGaN/GaN界面以下2-20nm，形成凹槽；

S43：使用分子束外延技術(shù)在所述凹槽內(nèi)以及部分所述AlGaN勢(shì)壘層上淀積晶向?yàn)?00的厚度為2-20nm的W或Ni金屬，使用電子束蒸發(fā)設(shè)備在晶向?yàn)?00的W或Ni金屬上淀積厚度為20-100nm的W或Ni金屬，在W或Ni金屬上淀積厚度為100-200nm的Au金屬，形成W或Ni金屬和Au金屬疊層；

S44：將淀積了金屬疊層的外延片用丙酮溶液浸泡，使得陽(yáng)極金屬外的金屬被剝離，再將剝離金屬后的外延片依次放入丙酮溶液、異丙醇溶液中，進(jìn)行超聲清洗，然后用氮?dú)獯蹈桑瓿啥O管的陽(yáng)極制備。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述S5包括：

S51：使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備在所述外延片上未被覆蓋的區(qū)域上沉積厚度為100-300nm的SiO₂介質(zhì)層；

S52：在制備了介質(zhì)層的外延片上依次進(jìn)行勻膠、烘膠、通孔光刻及顯影，并使用RIE刻蝕機(jī)刻蝕通孔區(qū)域至陰金屬表面；

S53：將刻蝕后的外延片依次放入丙酮溶液、異丙醇溶液中，進(jìn)行超聲清洗，然后用氮?dú)獯蹈桑瓿傻烷_(kāi)啟電壓GaN二極管的制備。