蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管及其反向漏电改善方法

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管及其反向漏电改善方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料，凭借其高的临界击穿场强、高的电子饱和漂移速度，正迅速成为高频大功率器件的首选材料。尤其在功率二极管整流器件领域更是具有重要的应用前景，肖特基二极管(SBD)作为一种重要的两端电子元件在检波、混频等电路中具有重要的应用。

但是，目前存在的一个重要问题在于制备的肖特基二极管的反向漏电都普遍较大，使得器件在很低的反向偏压下就发生了提前的预击穿，严重降低了器件的性能和应用，所以如何有效的减小反向漏电对于扩大GaN肖特基二极管的应用极为重要。

目前，报道的减小准垂直氮化镓肖特基二极管反向漏电的方法主要有采用紫外臭氧工艺对表面进行处理，然后在进行肖特基阳极金属的制备；而关于等离子体处理对于GaN肖特基二极管的影响，目前报道的很少，仅有的研究主要仅限于氟基等离子体对于AlGaN肖特基接触的影响，几乎没有等离子体对于GaN准垂直肖特基二极管的研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管及其反向漏电改善方法，经过O等离子体处理的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管，具有反向漏电低，电流开关比高，整流特性优异等特点。

本发明采用以下技术方案：

蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，采用光刻工艺在蓝宝石基GaN样品表面制备光刻胶腌膜；采用感应耦合等离子干法刻蚀工艺对光刻处理后的蓝宝石基GaN样品进行刻蚀操作，刻蚀得到n

具体的，台面刻蚀的光刻胶腌膜厚度大于等于刻蚀的台面深度。

进一步的，光刻胶腌膜的厚度为7～8μm。

具体的，后处理的时间为20～40min，功率为80～120W，氧气流量为15～25sccm。

具体的，采用电子束E-beam进行蒸镀，控制真空度在2×10

具体的，退火处理在Ar环境下，退火温度为800～850℃，时间为20～30s。

具体的，Ni/Au肖特基接触的厚度为150～240nm。

具体的，制备光刻胶腌膜前，先将蓝宝石基GaN样品依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行清洗。

本发明的另一个技术方案是，一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管，蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管的反向漏电整体从2～2.8×10

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于O等离子体的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善工艺，在GaN深台面刻蚀后，采用O等离子体对刻蚀后的台面进行相应的处理，具备操作简单，成本低的优点。

进一步的，使用光刻胶作为GaN深台面刻蚀的腌膜，最终需要保证制备的光刻胶腌膜厚度大于等于台面刻蚀的4.5μm厚度，因为光刻胶和GaN的选择刻蚀比为1:1，也就是消耗1μm GaN，同时也会消耗1μm光刻胶，而台面高度在4.5μm，所以光刻胶腌膜的厚度应至少在4.5μm以上，以达到刻蚀图形化的目的。

进一步的，光刻胶腌膜厚度为7～8μm，可以很充分的保护不需要被刻蚀的GaN部分，刻蚀工艺完成后还会剩余3～3.5μm的光刻胶腌膜。

进一步的，对台面刻蚀完后的GaN，采用O等离子体处理以进行相应的刻蚀损伤修复，处理时间须在20～40min，功率须在80～120W，O

进一步的，目前GaN的欧姆接触中，最成熟且稳定的工艺是Ti/Al/Ni/Au金属复合层，且这一点在实验室也得到了很好地验证，最终可以获得10

进一步的，退火处理可以很好的使得欧姆接触金属和GaN形成良好的合金，最终使得欧姆接触的质量获得提高。

进一步的，采用Ni/Au肖特基接触，金属Ni的功函数在5.1eV，目前最成熟且常用的GaN肖特基接触金属就是Ni，且金属Ni和GaN之间粘附性较好，价格也低廉。

进一步的，先对GaN表面进行清洗，有利于提升光刻胶的粘附性。

一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管，采用O等离子体处理台面刻蚀后的损伤，制备的二极管反向漏电低，整流效果明显，为进一步制备GaN基垂直结构肖特基二极管打下基础。

综上所述，本发明能够快速、高效的在O等离子体环境下修复GaN台面刻蚀后的损伤，且修复效果明显。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为氧等离子体处理前后蓝宝石基GaN-SBD正反向电学特性对比图。

具体实施方式

在本发明的描述中，应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，包括以下步骤：

S1、将蓝宝石基GaN样品依次在丙酮、异丙醇和去离子水进行清洗；

S2、采用光刻工艺在步骤S1清洗处理后的GaN样品表面制备光刻胶腌膜，台面刻蚀所需的光刻胶腌膜厚度必须大于等于刻蚀的4.5μm台面深度；

光刻胶腌膜选用AZ4620，光刻胶腌膜的厚度为7～8μm。

S3、采用感应耦合等离子(ICP)干法刻蚀工艺对步骤S2光刻处理后的GaN样品进行刻蚀操作，直到刻蚀到n

GaN的Ga-N键之间结合能较高，采用ICP干法刻蚀工艺，可调，可控。

S4、采用O等离子体对步骤S3刻蚀处理后的GaN样品进行后处理，处理时间20～40min，功率80～120W，氧气流量为15～25sccm；

S5、采用电子束在步骤S4后处理过的GaN样品上蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层，并采用RTA快速退火设备在800～850℃，Ar环境处理20～30s；

采用电子束E-beam进行蒸镀，控制真空度在2×10

S6、采用电子束对步骤S5处理后的GaN样品进行Ni/Au肖特基接触的制备；

S7、对经过O等离子体处理过的GaN-SBD，采用4200半导体参数分析仪进行基本的正反向电学特性测试，发现反向漏电有了明显的数量级的降低，整个方法高效，操作简单且容易实现，为GaN宽禁带半导体的进一步应用打下基础。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，之后放入O等离子体设备中进行相应的处理，O

实施例2

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，之后放入O等离子体设备中进行相应的处理，O

实施例3

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，之后放入O等离子体设备中进行相应的处理，O

实施例4

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，之后放入O等离子体设备中进行相应的处理，O

上述的四个实例中，均可以完成对GaN深台面刻蚀后的损伤修复，其主要效果在于减小了刻蚀后的N，Ga空位等缺陷，并且在GaN表面得到了一层很薄的氧化层，体现了该工艺修复损伤，快速，高效的优点。

请参阅图1，是氧等离子体处理前后GaN准垂直肖特基二极管电学特性的变化，从图中可以看出在经过O等离子体处理后，肖特基二极管的反向漏电有了非常明显的降低，整流特性也得到了很大程度的提升，表明O等离子体对于改善减小蓝宝石基GaN肖特基二极管的反向漏电有非常明显的效果。

综上所述，本发明创新型的提出了基于O等离子体的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善工艺，相比于不进行等离子体处理的二极管器件，该方法优点是操作简单，易于实施，为GaN宽禁带半导体功率整流器件的进一步应用打下基础。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。