[发明专利]带P型终端的AlGaN/GaN异质结多沟道功率二极管及制作方法

权利要求书

1.一种带P型终端的AlGaN/GaN异质结多沟道功率二极管，其自下而上包括衬底(1)、缓冲层(2)、GaN沟道层(3)、AlGaN势垒层(5)，AlGaN势垒层(5)的上部依次为多沟道层(6)、GaN帽层(7)和钝化层(10)，多沟道层(6)和GaN帽层(7)的两侧为阴极(11)，中间为圆形槽状阳极(9)且阳极上端与槽口上表面有水平方向上的交叠，该多沟道层(6)包括n组沟道，2≤n≤10，每组沟道由上AlGaN势垒层(63)和下GaN沟道层(61)组成，其特征在于：

所述GaN沟道层(3)与AlGaN势垒层(5)之间设有厚度为0.5～2nm的AlN插入层(4)，以增大电流密度，减小导通电阻；

所述GaN帽层(7)的上部与阳极上端水平部分之间设有环状P型终端(8)，该终端采用P-GaN或P-NiO，厚度为100～500nm，以改善金属半导体肖特基接触电场尖峰现象，提高器件击穿电压；

所述多沟道层(6)每组沟道内的GaN沟道层(61)与AlGaN势垒层(63)之间设有厚度为0.5～2nm的AlN层(62)，以增大电流密度，减小导通电阻；

所述环状阴极金属(11)和圆形阳极金属(9)的区域均为凹槽结构。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：

所述衬底(1)，采用Si或SiC或GaN材料，厚度为300～1200μm；

所述缓冲层(2)，采用GaN材料，厚度为0.5～10μm；

所述GaN帽层(7)，厚度为2～5nm；

所述钝化层(10)，采用SiN或SiO₂或Al₂O₃或HfO2单层介质，或者双层复合介质。

3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：

所述GaN沟道层(3)，厚度为100～500nm；

所述下GaN沟道层(61)的厚度为20～100nm，AlN层(62)厚度为0.5～2nm，上AlGaN势垒层(63)的厚度为10～30nm。

4.一种带P型终端的基于AlGaN/GaN异质结二维电子气的多沟道功率二极管的制备方法，其特征在于，包括如下：

1)对衬底表面进行消除悬挂键的预处理，将预处理的衬底置于H₂氛围的反应室在900～1000℃的高温下进行热处理，采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺淀积厚度为0.5～10μm的GaN缓冲层；

2)在GaN缓冲层上采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺淀积厚度为100～500nm的非故意掺杂GaN沟道层；

3)在GaN沟道层上采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺淀积厚度为0.5～2nm的AlN插入层；

4)在AlN插入层上采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺淀积厚度为15～30nm的AlGaN势垒层；

5)在AlGaN势垒层上采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺继续依次淀积20～100nm厚的下GaN沟道层、0.5～2nm厚的AlN层、10～30nm厚的上AlGaN势垒层；以此三层结构持续累积，形成多沟道层；

6)在多沟道区域的最上层AlGaN势垒层上采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD工艺生长GaN帽层，厚度为2～5nm；

7)在GaN帽层的上方制作环形区域掩膜，并采用反应离子蚀刻RIE或者电感耦合等离子体ICP工艺进行刻蚀，刻蚀凹槽的深度为从GaN帽层到多沟道区域第一层GaN沟道层的深度；

8)将刻蚀之后的样品放入电子束蒸发台或溅射台，淀积金属，形成阴极；

9)将淀积完金属的样品放入退火炉中，在高温下进行退火，使阴极金属与接触界面形成欧姆接触；

10)在GaN帽层的上方制作圆形区域掩膜，并采用反应离子蚀刻RIE或者电感耦合等离子体ICP工艺进行刻蚀，刻蚀凹槽的深度为从GaN帽层到GaN沟道层的深度；

11)在GaN帽层的上方制作环形区域掩膜，该环形区域正好包围在10)中圆形区域的一周，将制作掩膜之后的样品放入金属有机物化学气相淀积MOCVD或电感耦合等离子体化学气相沉积ICP-CVD反应腔内，进行P型终端的生长；

12)在P型终端的上方制作掩膜，采用蒸发或磁控溅射工艺在P型终端淀积金属，并在高温下进行退火，形成阳极；

13)将进行完上述步骤的外延片放入等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积ALD反应室内，进行钝化层的沉积；

14)在钝化层上进行光刻和刻蚀，形成电极接触孔，完成器件制作。