一種垂直結構的GaN基肖特基二極管及其制作方法

一種垂直結構的GaN基肖特基二極管及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件技術領域。
【背景技術】
[0002]以S1、GaAs等傳統半導體材料為基礎的肖特基倍頻二極管器件由于受到材料本身屬性的限制，在功率和耐擊穿電壓等相應指標上很難再有進一步的提高。近年來以III族氮化物為表的新一代寬禁帶半導體材料發展迅猛。具有寬帶隙、高飽和電子漂移速、高擊穿場強和高熱導率等優越材料性能，在毫米波、亞毫米波大功率電子器件領域極具發展潛力。基于GaN的肖特基二極管毫米波、亞毫米波倍頻器件的研宄是目前國際上的熱點。
[0003]由于GaN材料的電子迀移率相比GaAs較低，基于GaN材料制備的肖特基二極管的串聯電阻很大，導致器件的截止頻率和工作頻率很難達到GaAs基器件的水平。串聯電阻有三部分構成，包括了歐姆接觸電阻，N-型GaN外延層電阻和N+型GaN外延層擴展電阻。平面結構的器件是歐姆接觸與肖特基接觸之間的距離比較大，一般為4 μπι，進一步縮小器件的寄生電容會增加很多。工作頻率較低。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種垂直結構的GaN肖特基二極管及其制作方法，縮短了歐姆接觸與肖特基接觸之間的距離，降低器件的串聯電阻，有效提高了工作頻率。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種垂直結構的GaN基肖特基二極管，包括用于支撐整個GaN肖特基二極管的襯底，在所述的襯底上外延生長高摻雜的N+型GaN層，在所述的N+型GaN層上外延生長高摻雜的N-型GaN層，在所述的N-型GaN層上部蒸發有肖特基接觸電極，所述肖特基接觸電極通過空氣橋與陽極電極連接，所述襯底底面刻蝕有第一刻蝕孔，襯底正面刻蝕有第二刻蝕孔，所述第一刻蝕孔在所述襯底與N+型GaN層連接處的正下方，第二刻蝕孔在陰極電極和N+型GaN和N-型GaN臺面結構之間，所述第一刻蝕孔和第二刻蝕孔內蒸發有歐姆接觸電極，歐姆接觸電極通過電鍍金屬層與陰極電極連接。
[0006]優選的，所述在襯底上外延生長高摻雜的N+型GaN層，摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度在1lfVcm3量級到10 1Vcm3量級之間。
[0007]優選的，所述的N+型GaN層上外延生長高摻雜的N-型GaN層，摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度按照1lfVcm3量級到10 1Vcm3量級之間。
[0008]優選的，所述襯底為硅襯底、藍寶石襯底或碳化硅襯底。
[0009]優選的，所述歐姆接觸電極為依次蒸發鈦、鋁、鎳、金金屬層并通過高溫快速退火形成。
[0010]優選的，所述肖特基接觸電極為Ti/Au合金金屬層。
[0011]一種垂直結構的GaN基肖特基二極管的制作方法，該制作方法包括以下步驟: (1)在襯底上外延生長N+型GaN層上；
(2)在所述的N+型GaN層上外延生長高摻雜的N-型GaN層；
(3)采用干法刻蝕將襯底與N+型GaN層的接觸界面處進行機械減薄至50μ m以下，形成第一刻蝕孔；
(4)在第一刻蝕孔內蒸發金屬層，其金屬層依次為鈦、鋁、鎳、金，并通過高溫快速退火形成歐姆接觸；
(5)在襯底上光刻出PAD圖形，采用電鍍方法形成陰極PAD；
(6)將襯底用waferbanding方法粘合到二次襯底，便于進行正面工藝；
(7)對整個材料正面進行干法刻蝕，刻蝕出N+型GaN和N-型GaN臺面結構，在N-型GaN層臺面上蒸發金屬層，形成肖特基接觸；
(8)對整個材料正面陰極PAD上面的部分進行干法刻蝕，刻蝕至露出背面金屬，即第二刻蝕孔；
(9)采用電鍍方法制作空氣橋，將肖特基接觸引到陽極PAD，同時電鍍實現陰極PAD與歐姆接觸連接；
(10)將二次襯底進行剝離，并進行分片，得到分立器件。
[0012]優選的，所述步驟(I)中所述的襯底為硅襯底、藍寶石襯底或碳化硅襯底；所述步驟(I)中的N+型GaN層摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度在1lfVcm3量級到10 19/cm3量級之間。
[0013]優選的，所述步驟(2)中的N-型GaN層摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度按照116/cm3量級到10 1Vcm3量級之間。
[0014]優選的，所述步驟(7)中的肖特基接觸為Ti/Au合金金屬層。
[0015]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明采用垂直結構的GaN基肖特基二極管，采用干法刻蝕將襯底與N+型GaN層的接觸界面處蒸發歐姆接觸金屬層，采用電鍍方法制作空氣橋，將肖特基接觸引到陽極PAD，同時電鍍實現陰極PAD與歐姆接觸連接，實現最小的肖特基接觸與歐姆接觸距離，最大限度的降低了擴展電阻，提高了器件工作頻率，同時兼顧了 GaN器件耐功率的特點，可以實現毫米波和亞毫米波段的大功率倍頻器。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構示意圖；
其中，I襯底，2N+型GaN層，3N-型GaN層，4肖特基接觸電極，5陰極電極，6陽極電極，7空氣橋，8歐姆接觸電極，9第一刻蝕孔，10第二刻蝕孔。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018]如圖1所示，本發明是一種垂直結構的GaN基肖特基二極管，包括用于支撐整個GaN肖特基二極管的襯底1，在所述的襯底I上外延生長高摻雜的N+型GaN層2，在所述的N+型GaN層2上外延生長高摻雜的N-型GaN層3，在所述的N-型GaN層3上部蒸發有肖特基接觸電極4，所述肖特基接觸電極4通過空氣橋7與陽極電極6連接，所述襯底I底面刻蝕有第一刻蝕孔9，襯底正面刻蝕有第二刻蝕孔10，所述第一刻蝕孔9在所述襯底I與N+型GaN層2連接處的正下方，第二刻蝕孔10在陰極電極5與N+型GaN和N-型GaN臺面結構之間，所述第一刻蝕孔9和第二刻蝕孔10內蒸發有歐姆接觸電極8，歐姆接觸電極8通過電鍍金屬層與陰極電極5連接；所述在襯底I上外延生長高摻雜的N+型GaN層2，摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度在1lfVcm3量級到10 1Vcm3量級之間；所述的N+型GaN層2上外延生長高摻雜的N-型GaN層3，摻雜元素為IV族元素，摻雜濃度按照1lfVcm3量級到10 1Vcm3量級之間；所