[发明专利]基于低功函数阳极金属的低开启电压GaN微波二极管及制备方法

权利要求书

1.一种基于低功函数阳极金属的低开启电压GaN微波二极管，自下而上包括衬底(1)、GaN缓冲层(2)、GaN沟道层(3)、AlGaN势垒层(4)，其特征在于，在沟道层(3)及势垒层(4)上设有圆形凹槽(5)，凹槽(5)的外围势垒层上设有环形阴极(6)，AlGaN势垒层(4)上凹槽(5)及阴极(6)以外区域设有介质(7)，凹槽(5)的底部、侧壁以及凹槽边缘介质(7)上设有阳极(8)；阳极(8)采用厚度为30-200nm的Mo或W金属和小于或等于200nm的Au金属叠层。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，凹槽(5)深度为AlGaN势垒与GaN表面以下5-25nm。

3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，衬底(1)采用厚度为400μm-600μm的SiC衬底或厚度为400μm-600μm蓝宝石衬底或厚度为400μm-1000μm的Si衬底。

4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，外延缓冲层(2)采用厚度为1μm-6μm的GaN缓冲层或厚度为1μm-6μm的AlGaN渐变缓冲层。

5.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，GaN沟道层(3)采用厚度为100nm-400nm的非故意掺杂GaN。

6.一种基于低功函数阳极金属的低开启电压GaN微波二极管的制备方法，其特征在，包括如下步骤：

1)清洗外延片：

将AlGaN/GaN结构的外延片先放入HF酸溶液或HCl酸溶液中浸泡30s，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗各5min，然后用氮气吹干；

2)制作GaN微波二极管阴极：

2a)在洁净的外延片上依次进行匀胶、烘胶、器件阴极区域光刻及显影，并使用电子束蒸发设备在外延片上沉积Ti/Al/Ni/Au金属叠层；

2b)先将沉积Ti/Al/Ni/Au金属叠层的外延片用丙酮溶液浸泡，使有光刻胶区域金属被剥离，再将外延片依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中超声清洗各5分钟，用氮气吹干后放入快速退火炉进行退火，形成器件阴极；

3)制作台面隔离：

3a)在做完阴极欧姆接触的外延片上进行匀胶、烘胶台面隔离光刻及显影；

3b)使用ICP刻蚀机刻蚀GaN台面外区域；

3c)将刻蚀完成的外延片依次放入洁净丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中超声清洗各5分钟，用氮气吹干，形成器件隔离；

4)介质沉积：

使用等离子体增强化学气相沉积设备在做完台面隔离的外延片上沉积厚度为100nm-300nm的SiN或SiO₂介质；

5)制作阳极凹槽：

5a)在沉积过介质的外延片上依次进行匀胶、烘胶、阳极凹槽光刻及显影；

5b)先使用RIE刻蚀机刻蚀外延片阳极开孔区域SiN或SiO₂介质至势垒层表面，再使用ICP刻蚀机刻蚀势垒层及沟道层至AlGaN/GaN界面以下5-25nm，并将其依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中超声清洗各5分钟，用氮气吹干，完成阳极凹槽制作；

6)制作GaN微波二极管阳极：

6a)在刻蚀完阳极凹槽的外延片上依次进行匀胶、烘胶、器件阳极区域光刻及显影，并使用磁控溅射设备在外延片上先沉积厚度为30-200nm的低功函数金属Mo或W，再沉积小于或等于200nm的金属Au；

6b)将进行6a)操作后的外延片用丙酮溶液浸泡，使得有光刻胶区域上的金属被剥离，再将该外延片依次放入洁净丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中超声清洗各5分钟，用氮气吹干，完成二极管阳极制作；

7)阴极介质开孔：

7a)在做完阳极的外延片上依次进行匀胶、烘胶、通孔光刻及显影，并使用RIE刻蚀机刻蚀通孔区域至阴极金属表面；

7b)将进行7a)操作后的外延片依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中超声清洗各5分钟，用氮气吹干，完成GaN微波二极管制作。