專利名稱：一種功率型GaN基肖特基二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及其制備方法，尤其涉及一種上下電極結(jié)構(gòu)的功率 型GaN基肖特基二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
肖特基二極管是一種利用金屬和半導(dǎo)體接觸的整流特性進(jìn)行工作的多數(shù)載流子 器件。與PN結(jié)、p-i-n等二極管相比，具有開啟電壓低、反向恢復(fù)電流小、開關(guān)速度快、功耗 低等特點(diǎn)。發(fā)展至今，Si基器件已經(jīng)接近理論極限。實(shí)現(xiàn)高效、耐熱、耐壓和大功率特性， 需要新一代的寬禁帶半導(dǎo)體材料來(lái)支撐。GaN屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，它具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，如禁帶寬度大、擊穿 電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子漂移速度大、熱導(dǎo)率高及抗輻照性能強(qiáng)、熱導(dǎo)率和介電常數(shù)大，化學(xué) 特性穩(wěn)定等，特別適合制作高壓、高溫、高頻、高功率、強(qiáng)輻照環(huán)境下使用的半導(dǎo)體器件。具 體而言，GaN的禁帶寬度比Si材料大，本征載流子濃度比Si低，由此決定了 GaN基器件的極 限工作溫度比Si基器件高。從熱穩(wěn)定性方面考慮，III-V族化合物的鍵能比Si材料大，在 高溫下有更高的穩(wěn)定性。同時(shí)，GaN材料的BFOM因子(Baliga Figure Of Merit, VBE2/Ron) 比Si材料高，這意味著同等條件下GaN肖特基二極管比Si肖特基二極管具有更高的擊穿 電壓和更低的通態(tài)電阻。GaN基肖特基二極管得益于這些材料特性，在性能方面表現(xiàn)越來(lái)越 突出。對(duì)于GaN材料生長(zhǎng)，襯底材料選擇是后期器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。GaN自支撐襯底 是導(dǎo)電型同質(zhì)外延襯底，是實(shí)現(xiàn)高性能器件的首選。但是目前GaN自支撐襯底生長(zhǎng)困難，成 本高，而且尺寸小，不利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。其他常用的異質(zhì)外延襯底有藍(lán)寶石、碳化硅 (SiC)和硅(Si)等材料。與GaN自支撐襯底相比，藍(lán)寶石和Si襯底價(jià)格低廉，而且Si晶圓 的尺寸大，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。藍(lán)寶石襯底的GaN材料生長(zhǎng)比較成熟，具有與GaN纖鋅 礦結(jié)構(gòu)相同的六方對(duì)稱結(jié)構(gòu)，是目前應(yīng)用比較廣泛的襯底材料。但是，大尺寸的藍(lán)寶石襯底 成本高，同時(shí)由于自身的導(dǎo)電性差，不能制作電極，因此器件一般只能通過(guò)制作同向電極實(shí) 現(xiàn)橫向?qū)щ?。碳化?SiC)和硅(Si)襯底材料可以通過(guò)自身的摻雜改善其導(dǎo)電性，可以直接在 襯底上直接做電極。于是在碳化硅(SiC)和硅(Si)襯底上面生長(zhǎng)的GaN材料器件結(jié)構(gòu)可 以設(shè)計(jì)為上下電極的縱向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)。對(duì)于這種和襯底材料一起做成上下電極結(jié)構(gòu)的器件， 由于襯底本身的導(dǎo)通損耗以及襯底和GaN外延層之間用來(lái)緩解晶格失配的緩沖層的導(dǎo)通 損耗，會(huì)使得器件自身的導(dǎo)通電阻增大，影響器件性能。從電流輸運(yùn)方向來(lái)劃分，器件結(jié)構(gòu)可分為同向電極的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)和上下電極的 縱向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)。同向電極的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)肖特基二極管在正向?qū)〞r(shí)，電流沿著與器件外延平面 平行的方向從肖特基接觸電極流向歐姆接觸電極；在反向截止時(shí)，耗盡區(qū)也在該方向承受 反向電壓。橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)不便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件單元的并聯(lián)封裝，電流輸運(yùn)導(dǎo)通區(qū)域只在外4延層上層平面，也不便于器件的散熱。上下電極的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)肖特基二極管的歐姆接觸電極一般位于襯底底部，電流沿上 電極向下電極輸運(yùn)，耗盡層也在縱向承受反向電壓。上下電極結(jié)構(gòu)對(duì)比橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)器件， 電流分布更加均勻，提高散熱性能。此外，上下電極結(jié)構(gòu)便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件單元的并聯(lián)封裝。由此可見，與橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)相比，上下電極結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)大的電流特性，在散熱特 性方面也有一定的優(yōu)勢(shì)，而且便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件單元的并聯(lián)。但是，上下電極的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)器 件的GaN自支撐襯底成本高，尺寸小，其他異質(zhì)外延襯底才是比較經(jīng)濟(jì)，便于大規(guī)模工業(yè)生 產(chǎn)的方案。因此，如何解決異質(zhì)外延襯底上下電極導(dǎo)電器件中較高的導(dǎo)通電阻成為技術(shù)突 破的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種上下電極結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二 極管及其制作方法，有效地降低了通過(guò)與導(dǎo)電襯底接觸形成陰極所帶來(lái)的較高的導(dǎo)通電 阻，改善了肖特基二極管的散熱特性，降低了對(duì)散熱設(shè)計(jì)要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為1)通過(guò)襯底剝離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體外延 層襯底轉(zhuǎn)移，先將半導(dǎo)體外延疊層轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好的金屬襯底上，然后剝離Si襯 底，這樣既改善了器件的散熱性能，也降低了器件的導(dǎo)通電阻；2)通過(guò)在N型GaN層上直接 蒸鍍歐姆接觸或者在半導(dǎo)體外延層中刻蝕通孔、在通孔中蒸鍍歐姆接觸的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)器 件中上下電極的電流傳輸。本發(fā)明一種GaN基肖特基二極管，包括金屬襯底以及通過(guò)金屬襯底支撐連接的半 導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由外向金屬襯底依次包含N型GaN層、低摻雜的GaN層和 肖特基金屬層；所述GaN基肖特基二極管具有上下電極結(jié)構(gòu)，金屬襯底與肖特基金屬層一 起作為肖特基二極管的陽(yáng)極；N型GaN層(3)下設(shè)有金屬電極作為陰極。所述N型GaN層 與金屬電極之間還設(shè)有緩沖層，且金屬電極穿過(guò)緩沖層作為陰極。作為一種優(yōu)選方案，所述低摻雜的GaN層和N型GaN層中設(shè)有一柱形孔和小柱形 孔，所述柱形孔和小柱形孔相通的，所述柱形孔的填充材料由N型GaN層向低摻雜的GaN層 方向依次包含導(dǎo)電物質(zhì)、導(dǎo)電金屬層和絕緣體，所述導(dǎo)電物質(zhì)和導(dǎo)電金屬層構(gòu)成一 T形導(dǎo) 電體，導(dǎo)電物質(zhì)與金屬電極電接觸一起作為肖特基二極管的陰極，絕緣體連接肖特基金屬層。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述金屬電極為緩沖層下表面淀積的金屬層，金屬層與 導(dǎo)電物質(zhì)形成良好歐姆接觸作為肖特基二極管的陰極。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述T形導(dǎo)電體中的導(dǎo)電金屬層與絕緣體面連接，導(dǎo) 電金屬層與絕緣體的連接界面位于柱形孔中；所述絕緣體為將導(dǎo)電金屬層和肖特基金屬層 電隔離的絕緣材料；所述τ形導(dǎo)電體的填充材料為與N型GaN層形成歐姆接觸的金屬和/ 或合金。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述金屬襯底為Cu或狗或Au或Cr。作為第二種優(yōu)選方案，所述金屬電極為在N型GaN層下表面通過(guò)蒸鍍工藝的方法 鍍上一層金屬層，與N型GaN層一起作為肖特基二極管的陰極。
作為第三種優(yōu)選方案，將半導(dǎo)體外延疊層轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電Si襯底上，肖特基金屬層與 導(dǎo)電Si襯底連接，利用干法腐蝕技術(shù)腐蝕掉緩沖層，在N型GaN層下表面通過(guò)蒸鍍工藝的 方法鍍上一層金屬層，與N型GaN層一起作為肖特基二極管的陰極。本發(fā)明還包括一種上下電極結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管的制備方法，包括以下步 驟A、先把Si襯底清洗干凈，在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，依次生長(zhǎng)緩沖層，N型 GaN層；低摻雜GaN層；應(yīng)力緩沖層可以是高溫生長(zhǎng)的GaN/AIN超晶格結(jié)構(gòu)，也可以是低溫 生長(zhǎng)AlN等緩沖層，或者是AWaN組份漸變緩沖層，用于調(diào)控由晶格失配，熱導(dǎo)率失配等引 起的應(yīng)力，生長(zhǎng)出低位錯(cuò)密度，高質(zhì)量，無(wú)龜裂的N型GaN層和低摻雜的GaN層；B、半導(dǎo)體外延層沉積完畢后，通過(guò)干法刻蝕，在低摻雜的GaN層和N型GaN層刻蝕 出一柱形孔，該柱形孔的刻蝕深度要求刻蝕到N型GaN層；C、再次進(jìn)行干法刻蝕，在已經(jīng)刻蝕的圖形中再次刻蝕一個(gè)直徑較小的柱形孔，該 柱形孔的刻蝕深度要求刻蝕到Si襯底；D、在上述的柱形孔結(jié)構(gòu)和小柱形孔形成的T形孔結(jié)構(gòu)中蒸鍍導(dǎo)電物質(zhì)，通過(guò)高溫 退火合金，形成良好的歐姆接觸；導(dǎo)電物質(zhì)形成的歐姆接觸可以選擇Ti/Al/Ni/Au或Ti/ Al/Ti/Au 或 Ti/Al/Mo/Au 等合金；E、采用蒸鍍工藝在導(dǎo)電物質(zhì)上鍍上導(dǎo)電金屬層，使得導(dǎo)電金屬層覆蓋歐姆接觸起 到保護(hù)作用；F、采用淀積工藝在導(dǎo)電金屬層上淀積絕緣介質(zhì)層，使得絕緣介質(zhì)層完全填充整個(gè) T形孔；絕緣材料可以SiO2或SiN ；G、采用蒸鍍工藝在絕緣介質(zhì)層以及非摻雜GaN層上面蒸鍍肖特基金屬層，肖特基 金屬可以選擇Ni/Au或Pt/Au或Pd/Au等合金；H、用電鍍的方法，在肖特基金屬層上面電鍍上金屬襯底，形成支撐，金屬襯底材料 可以為Cu、Fe、Au、Cr等金屬材料；I、采用濕法腐蝕，將Si襯底腐蝕掉，露出陰極電極導(dǎo)電物質(zhì)，并聯(lián)封裝形成器件。與現(xiàn)有的縱向結(jié)構(gòu)肖特基二極管相比，本發(fā)明采用Si襯底GaN外延材料，晶圓尺 寸大、成本低，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；使用襯底剝離技術(shù)，將Si襯底剝離后，該結(jié)構(gòu)可以 實(shí)現(xiàn)陰極金屬直接與GaN層接觸，有效的降低了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)與導(dǎo)電襯底接觸形成陰極 所帶來(lái)的高的導(dǎo)通電阻；金屬襯底有良好的導(dǎo)熱特性，有效的改善了肖特基二極管的散熱 特性，提高器件的可靠型，降低了對(duì)散熱設(shè)計(jì)要求。并且上下電極的肖特基二極管結(jié)構(gòu)易于 實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件單元的并聯(lián)封裝，獲得大電流特性。


圖1為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2GaN基肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3GaN基肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例4GaN基肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟A的工藝示意圖；圖5B為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟B的工藝示意圖5C為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟C的工藝示意圖；圖5D為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟D的工藝示意圖；圖5E為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟E的工藝示意圖；圖5F為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟F的工藝示意圖；圖5G為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟G的工藝示意圖；圖5H為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟H的工藝示意圖；圖51為本發(fā)明GaN基肖特基二極管的制作方法步驟I的工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例顯示了本發(fā)明中的上下電極結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管的 結(jié)構(gòu)，它包括金屬襯底11以及通過(guò)金屬襯底11支撐連接的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外 延疊層由外向金屬襯底11依次包含N型GaN層3、低摻雜的GaN層4和肖特基金屬層10 ； 所述GaN基肖特基二極管具有上下電極結(jié)構(gòu)，金屬襯底11與肖特基金屬層10—起作為肖 特基二極管的陽(yáng)極；N型GaN層3下設(shè)有金屬電極作為陰極。N型GaN層3與金屬電極之間 設(shè)有緩沖層2，且金屬電極穿過(guò)緩沖層2作為陰極。低摻雜的GaN層4和N型GaN層3中設(shè)有一柱形孔5和小柱形孔6，所述柱形孔5 和小柱形孔6相通的，柱形孔5、小柱形孔6的填充材料由N型GaN層3向低摻雜的GaN層 4方向依次包含導(dǎo)電物質(zhì)7、導(dǎo)電金屬層8和絕緣體9，所述導(dǎo)電物質(zhì)7和導(dǎo)電金屬層8構(gòu)成 一 T形導(dǎo)電體，導(dǎo)電物質(zhì)7與金屬電極電接觸一起作為肖特基二極管的陰極，絕緣體9連接 肖特基金屬層10。T形導(dǎo)電體中的導(dǎo)電金屬層8與絕緣體9面連接，導(dǎo)電金屬層8與絕緣 體9的連接界面位于柱形孔5中；所述絕緣體9為將導(dǎo)電金屬層8和肖特基金屬層10電隔 離的絕緣材料；所述T形導(dǎo)電體的填充材料為與N型GaN層3形成歐姆接觸的金屬和/或I=I 巫 ο導(dǎo)電金屬層8與絕緣體9的連接界面可以位于柱形孔5中任意深度，T形導(dǎo)電體 的填充材料選擇能夠與N型GaN層3形成良好歐姆接觸的金屬或合金，柱形孔5結(jié)構(gòu)大小 為任意比例和深度。實(shí)施例2如圖2所示，為本發(fā)明的上下電極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管的第二種結(jié)構(gòu) 示意圖，本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例1基本相同，不同之處在于當(dāng)濕法腐蝕了襯底Si后， 在緩沖層2下表面通過(guò)蒸鍍工藝的方法，淀積上一層金屬層12，與導(dǎo)電物質(zhì)7形成良好歐姆 接觸，一起作為肖特基二極管的陰極，這樣做有利于電流導(dǎo)通，以及器件的并聯(lián)封裝。實(shí)施例3如圖3所示，為本發(fā)明的上下電極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管的第三種結(jié)構(gòu) 示意圖，本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例1基本相同，半導(dǎo)體外延疊層由外向金屬襯底11依次 包含N型GaN層3、低摻雜GaN層4和肖特基金屬層10。不同之處在于，當(dāng)濕法腐蝕了襯底 Sil后，利用干法腐蝕技術(shù)，腐蝕掉應(yīng)力緩沖層2，之后在下表面通過(guò)蒸鍍工藝的方法，鍍上 一層金屬層12，與N型GaN層3形成良好歐姆接觸，一起作為肖特基二極管的陰極。此種結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需通孔結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程。實(shí)施例4如圖4所示，為本發(fā)明的上下電極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)GaN基肖特基二極管的第四種結(jié)構(gòu)示 意圖，本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例3基本相同。不同之處在于在襯底轉(zhuǎn)移過(guò)程中，通過(guò)晶 片鍵合技術(shù)(wafer bonding)將半導(dǎo)體外延疊層轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電Si襯底13上。同樣是利用濕 法腐蝕了襯底Sil后，利用干法腐蝕技術(shù)，腐蝕掉緩沖層2，之后在下表面通過(guò)蒸鍍工藝的 方法，鍍上一層金屬層12，與N型GaN層3形成良好歐姆接觸，一起作為肖特基二極管的陰 極。本發(fā)明還公開了一種上下電極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基二極管的制作方法，圖5 為所述制作方法的工藝流程示意圖，其工藝流程如下A、如圖5A所示，先把Si襯底1清洗干凈，在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備 中，依次生長(zhǎng)緩沖層2，N型GaN層3 ；低摻雜GaN層4 ；B、如圖5B所示，半導(dǎo)體外延層沉積完畢后，通過(guò)干法刻蝕，在低摻雜的GaM層和 N型GaN層3刻蝕出一柱形孔5，該柱形孔的刻蝕深度要求刻蝕到N型GaN層3 ；C、如圖5C所示，再次進(jìn)行干法刻蝕，在已經(jīng)刻蝕的圖形中再次刻蝕一個(gè)直徑較小 的小柱形孔6，該柱形孔的刻蝕深度要求刻蝕到Si襯底1 ；D、如圖5D所示，在上述的柱形孔5和小柱形孔6形成的T形導(dǎo)電體結(jié)構(gòu)中蒸鍍導(dǎo) 電物質(zhì)7，通過(guò)高溫退火合金，與N型GaN層3形成良好的歐姆接觸；E、如圖5E所示，采用蒸鍍工藝在導(dǎo)電物質(zhì)7上鍍上導(dǎo)電金屬層8，使得導(dǎo)電金屬層 8能夠覆蓋導(dǎo)電物質(zhì)7起到保護(hù)作用；F、如圖5F所示，采用淀積工藝在導(dǎo)電金屬層8上淀積絕緣介質(zhì)層9，使得絕緣介質(zhì) 層完全填充整個(gè)柱形孔5和小柱形孔6 ；
G、如圖5G所示，采用蒸鍍工藝在絕緣介質(zhì)層9以及低摻雜GaN層4上面蒸鍍肖特 基金屬層10 ；H、如圖5H所示，用電鍍的方法，在肖特基金屬層10上面電鍍上金屬襯底11，形成 支撐；I、如圖51所示，采用濕法腐蝕，將Si襯底1腐蝕掉，露出導(dǎo)電物質(zhì)7，以導(dǎo)電物質(zhì) 7作為陰極電極，并聯(lián)封裝形成器件。其中，緩沖層2、N型GaN層3和低摻雜GaN層4利用MOCVD設(shè)備在Si襯底上生 長(zhǎng)。緩沖層2采用高溫生長(zhǎng)的GaN/AIN超晶格結(jié)構(gòu)，或采用低溫生長(zhǎng)的AlN層。T形導(dǎo)電金 屬層8與絕緣體9的連接界面位于低摻雜GaN層4中；導(dǎo)電物質(zhì)7采用Ti/Al/Ni/Au合金 或Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金，經(jīng)過(guò)熱退火后與N型GaN層3之間形成歐姆接 觸；絕緣體9采用SiO2或SiN材料，利用淀積工藝淀積而成。肖特基金屬層10采用Ni/Au 合金或Pt/Au合金或Pd/Au合金，利用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍而成。金屬襯底11選用Cu 或狗或Au或Cr等金屬，利用電鍍工藝制作而成，對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體疊層起到支撐作用，并且與 肖特基金屬層10 —起作為肖特基二極管的陽(yáng)極。
權(quán)利要求
1.一種功率型GaN基肖特基二極管，包括金屬襯底(11)以及通過(guò)金屬襯底(11)支撐 連接的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由外向金屬襯底(11)依次包含N型GaN層(3)、 低摻雜的GaN層(4)和肖特基金屬層(10)；其特征在于，所述功率型GaN基肖特基二極管 具有上下電極結(jié)構(gòu)，金屬襯底(11)與肖特基金屬層(10) —起作為肖特基二極管的陽(yáng)極；N 型GaN層(3)下設(shè)有金屬電極作為陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，所述N型GaN層 ⑶與金屬電極之間設(shè)有緩沖層O)，且金屬電極穿過(guò)緩沖層⑵作為陰極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，所述低摻雜的GaN 層(4)和N型GaN層(3)中設(shè)有一柱形孔(5)和小柱形孔(6)，所述柱形孔(5)和小柱形 孔(6)相通的，所述柱形孔(5、6)的填充材料由N型GaN層(3)向低摻雜的GaN層(4)方 向依次包含導(dǎo)電物質(zhì)(7)、導(dǎo)電金屬層⑶和絕緣體(9)，所述導(dǎo)電物質(zhì)(7)和導(dǎo)電金屬層 (8)構(gòu)成一 T形導(dǎo)電體，導(dǎo)電物質(zhì)(7)與金屬電極電接觸一起作為肖特基二極管的陰極，絕 緣體(9)連接肖特基金屬層(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，所述金屬電極 為緩沖層( 下表面淀積的金屬層(12)，金屬層(1 與導(dǎo)電物質(zhì)(7)形成良好歐姆接觸作 為肖特基二極管的陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，所述T形導(dǎo)電體 中的導(dǎo)電金屬層(8)與絕緣體(9)面連接，導(dǎo)電金屬層(8)與絕緣體(9)的連接界面位于 柱形孔(5)中；所述絕緣體(9)為將導(dǎo)電金屬層(8)和肖特基金屬層(10)電隔離的絕緣材 料；所述T形導(dǎo)電體的填充材料為與N型GaN層(3)形成歐姆接觸的金屬和/或合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，金屬電極為在N型 GaN層(3)下表面通過(guò)蒸鍍工藝的方法鍍上一層金屬層(12)，與N型GaN層(3) —起作為 肖特基二極管的陰極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，將半導(dǎo)體外延疊層 轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電Si襯底(13)上，肖特基金屬層(10)與導(dǎo)電Si襯底(13)連接，在N型GaN層 (3)下表面鍍上金屬層(12)，與N型GaN層(3) —起作為肖特基二極管的陰極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型GaN基肖特基二極管，其特征在于，所述金屬襯底 (11)為 Cu 或!^e 或 Au 或 Cr。
9.一種功率型GaN基肖特基二極管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟A、先把Si襯底(1)清洗干凈，在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，依次生長(zhǎng)緩沖層0)， N型GaN層(3)和低摻雜的GaN層(4)；B、半導(dǎo)體外延層沉積完畢后，通過(guò)干法刻蝕，在N型GaN層刻蝕出一柱形孔(5)，該柱形 孔的刻蝕深度要求刻蝕到N型GaN層(3)；C、再次進(jìn)行干法刻蝕，在已經(jīng)刻蝕的圖形中再次刻蝕一個(gè)直徑較小的小柱形孔(6)，該 柱形孔的刻蝕深度要求一直刻蝕到Si襯底(1)；D、在上述的柱形孔結(jié)構(gòu)(5)和小柱形孔(6)形成的T形孔結(jié)構(gòu)中蒸鍍導(dǎo)電物質(zhì)(7)，通 過(guò)高溫退火合金，與N型GaN層( 形成歐姆接觸；E、采用蒸鍍工藝在導(dǎo)電物質(zhì)(7)上鍍上導(dǎo)電金屬層(8)，使得導(dǎo)電金屬層(8)能夠覆蓋 導(dǎo)電物質(zhì)(7)起到保護(hù)作用；F、采用淀積工藝在導(dǎo)電金屬層(8)上淀積絕緣介質(zhì)層(9)，使得絕緣介質(zhì)層完全填充 整個(gè)柱形孔結(jié)構(gòu)(5)和小柱形孔(6)；G、采用蒸鍍工藝在絕緣介質(zhì)層(9)以及低摻雜GaN層(4)上面蒸鍍肖特基金屬層 (10)；H、用電鍍方法，在肖特基金屬層(10)上面電鍍上金屬襯底(11)；I、采用濕法腐蝕，將Si襯底⑴腐蝕掉，露出導(dǎo)電物質(zhì)(7)，以導(dǎo)電物質(zhì)(7)作為導(dǎo)電 陰極，并聯(lián)封裝形成器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率型GaN基肖特基二極管的制作方法，其特征在于，所述 步驟A中，緩沖層⑵為高溫生長(zhǎng)的GaN/AIN超晶格結(jié)構(gòu)或低溫生長(zhǎng)AlN緩沖層或AlGaN 組份漸變緩沖層，用于調(diào)控由晶格失配和熱導(dǎo)率失配引起的應(yīng)力；所述步驟D中，形成歐姆 接觸的導(dǎo)電物質(zhì)(7)為Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金；所述 步驟G中，肖特基金屬層(10)為Ni/Au合金或Pt/Au合金或Pd/Au合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種上下電極結(jié)構(gòu)的功率型GaN基肖特基二極管及其制作方法，通過(guò)Si襯底剝離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體外延層襯底轉(zhuǎn)移，先將外延薄膜轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好的金屬襯底上，然后剝離Si襯底，這樣既改善了器件的散熱性能，也降低了器件的導(dǎo)通電阻；通過(guò)在N型GaN層上直接蒸鍍歐姆接觸或者在半導(dǎo)體外延層中刻蝕通孔、在通孔中蒸鍍歐姆接觸的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)器件中電流在上下電極之間的傳輸。本發(fā)明改善了功率型GaN基肖特基二極管散熱性能，降低了器件的導(dǎo)通電阻，易于獲得大電流，適用于Si襯底GaN外延材料，晶圓尺寸大、成本低，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/38GK102054875SQ20101052979
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉揚(yáng), 張佰君, 李佳林, 賀致遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中山大學(xué)