[发明专利]一种N极性GaN基整流芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种N极性GaN基整流芯片及其制备方法和应用。本发明的N极性GaN基整流芯片的组成包括依次层叠设置的SiC衬底、低温N极性GaN缓冲层、SiN插入层、高温N极性GaN缓冲层、AlGaN势垒层、N极性GaN沟道层和钝化层，还包括欧姆接触阴极、肖特基接触阳极和T型金属电极。本发明的N极性GaN基整流芯片具有频率特性好、势垒层高度小、欧姆接触电阻低、开启电压低等优点，其可以有效提升射频前端整流效率，适合在微波能量传输、探测、通信等领域进行大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及高频整流芯片技术领域，具体涉及一种N极性GaN基整流芯片及其制备方法和应用。

背景技术

大功率微波无线能量传输、高性能限幅等应用场景对核心元器件整流二极管的频率和功率特性提出了越来越高的要求。GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高等特点，而AlGaN/GaN异质结材料通过强极化效应可以产生密度高达10¹³cm²、迁移率高达2000cm²·V^-1·s^-1的二维电子气，因此平面结构GaN整流二极管在高频领域具有很好的应用前景。

然而，当前平面结构GaN整流二极管面临巨大的挑战，具体如下：1)受限于异质外延技术，GaN材料尤其是N极性GaN材料仍然存在相当高密度的位错与缺陷，器件性能难以进一步提升；2)平面结构GaN整流二极管属于表面器件，导电沟道离器件表面只有数十纳米，容易受表面态影响而产生电流崩塌，影响器件的高频性能，需要高质量的钝化手段；3)GaN材料与金属间具有极高的肖特基势垒，导致二极管的开启电压较高，影响器件效率。

因此，开发一种具有频率特性好、势垒层高度小、欧姆接触电阻低、开启电压低等优点的GaN基整流芯片具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N极性GaN基整流芯片及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种N极性GaN基整流芯片，其组成包括依次层叠设置的SiC衬底、低温N极性GaN缓冲层、SiN插入层、高温N极性GaN缓冲层、AlGaN势垒层、N极性GaN沟道层和钝化层，还包括欧姆接触阴极、肖特基接触阳极和T型金属电极；所述欧姆接触阴极和肖特基接触阳极均设置在N极性GaN沟道层远离AlGaN势垒层的一面；所述钝化层覆盖欧姆接触阴极和肖特基接触阳极；所述肖特基接触阳极呈T形，且下端穿过N极性GaN沟道层与AlGaN势垒层接触；所述欧姆接触阴极和肖特基接触阳极分别连接有T型金属电极。

优选的，所述低温N极性GaN缓冲层的厚度为700nm～1100nm。

优选的，所述SiN插入层的厚度为20nm～60nm。

优选的，所述高温N极性GaN缓冲层的厚度为1600nm～2200nm。

优选的，所述AlGaN势垒层的厚度为20nm～30nm。

优选的，所述N极性GaN沟道层的厚度为90nm～160nm。

优选的，所述欧姆接触阴极的组成成分包括Ti、Al、Ni、Au中的至少一种。

优选的，所述肖特基接触阳极的组成成分包括Ti、Au中的至少一种。

优选的，所述T型金属电极的组成成分包括Ti、Au、Al中的至少一种。

优选的，所述钝化层的组成成分包括SiN、SiO₂中的至少一种。

一种如上所述的N极性GaN基整流芯片的制备方法包括以下步骤：

1)在SiC衬底上依次外延生长低温N极性GaN缓冲层、SiN插入层、高温N极性GaN缓冲层、AlGaN势垒层和N极性GaN沟道层；