本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件，具體涉及一種金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管及制備方法。

背景技術(shù)：

1、氮化鎵(gan)由于其寬帶隙、高電子飽和漂移速度、高擊穿場強度和高導(dǎo)熱率等優(yōu)良的材料性能，被廣泛應(yīng)用于下一代半導(dǎo)體功率器件。目前的gan材料目前主要通過異質(zhì)外延制備，藍寶石、碳化硅、硅襯底為目前主流的異質(zhì)襯底。在這些材料中，碳化硅襯底與gan材料相比，晶體結(jié)構(gòu)相同且晶格失配度較低，因此非常適合于gan材料的異質(zhì)外延，能夠較好地實現(xiàn)低缺陷密度的gan外延片。藍寶石襯底和si襯底也有著各自的優(yōu)勢但熱導(dǎo)率均較差，在大功率領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。隨著基于gan微波功率器件向更小尺寸、更大輸出功率和更高頻率的方向發(fā)展，上述所提出的異質(zhì)襯底的導(dǎo)熱性能有限，金剛石襯底以其更高的熱導(dǎo)率讓金剛石基gan異質(zhì)集成微波功率器件比采用傳統(tǒng)襯底制造的氮化鎵器件擁有更加優(yōu)異的性能。

2、氮化鎵肖特基二極管目前主流研究方向為橫向結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。橫向gan二極管可充分利用algan/gan異質(zhì)結(jié)溝道中存在的二維電子氣(2deg)，實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高耐壓工作。橫向結(jié)構(gòu)目前大多異質(zhì)外延生長在藍寶石、si、sic等異質(zhì)襯底上，但異質(zhì)材料之間存在較大的晶格失配會導(dǎo)致較大的的漏電流和提前擊穿問題。針對該問題，目前的橫向肖特基勢壘二極管大多在異質(zhì)襯底和gan層之間引入較厚的緩沖層、成核層等多層結(jié)構(gòu)減緩氮化鎵和異質(zhì)襯底之間的應(yīng)力，提高反向擊穿電壓。

3、大多數(shù)情況下，橫向肖特基勢壘二極管的擊穿是由于陽極耗盡區(qū)下方的電子電流流入到絕緣緩沖層中所引起的，即空間電荷注入到緩沖層中或電子溢出到緩沖層中，也稱為緩沖層穿通效應(yīng)。目前的橫向肖特基勢壘二極管電子被溝道上方的algan頂勢壘層很好地限制，但是由于采用微米級gan緩沖層，溝道下方的勢壘較低，載流子限域性較弱，電子很容易溢出到勢壘較低的緩沖層中，即使在較低的漏壓下器件也有可能被擊穿，二極管的擊穿性能仍遠遠低于材料理論性能。另外，目前的橫向肖特基勢壘二極管雖然采用導(dǎo)電率良好的金剛石基用于散熱，但是微米級厚度的緩沖層/成核層阻礙了器件通道向襯底之間的熱流傳遞，削弱了金剛石作導(dǎo)熱率極好的襯底的優(yōu)勢，未能充分發(fā)揮出金剛石級功率器件在大功率應(yīng)用中的優(yōu)勢。

4、因此，實現(xiàn)高擊穿電壓、高耐熱功率的氮化鎵肖特基勢壘二極管成為目前亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管及制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

2、本發(fā)明實施例提供了一種金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管，包括：金剛石襯底層、sic外延層、aln成核層、aigan緩沖層、gan溝道層、algan勢壘層、鈍化層、陽極和陰極，其中，

3、所述金剛石襯底層、所述外延層、所述aln成核層、所述aigan緩沖層、所述gan溝道層、所述algan勢壘層依次層疊；所述aln成核層、所述aigan緩沖層、所述gan溝道層的厚度均為納米級，且所述aln成核層和所述aigan緩沖層的厚度之和為納米級；

4、所述陽極位于所述algan勢壘層的表面，且與所述algan勢壘層之間形成肖特基勢壘；

5、所述陰極位于所述algan勢壘層的表面，且與所述陽極相距一定距離，所述陰極與所述algan勢壘層之間形成歐姆接觸；

6、所述鈍化層位于所述陽極和所述陰極之間的所述algan勢壘層表面，且所述鈍化層的側(cè)面與所述陽極的側(cè)面、所述陰極的側(cè)面均接觸。

7、在本發(fā)明的一個實施例中，所述aln成核層的厚度為20-50nm。

8、在本發(fā)明的一個實施例中，所述aigan緩沖層的材料包括漸變alxga1-xn材料，其中，al組份自所述gan溝道層至所述aln成核層的方向逐漸增大，al組份的變化范圍為0-100％；

9、所述aigan緩沖層的厚度為50-200nm。

10、在本發(fā)明的一個實施例中，所述aln成核層和所述aigan緩沖層的厚度之和為70-250nm。

11、在本發(fā)明的一個實施例中，所述gan溝道層的材料包括非故意摻雜gan，厚度為100nm-500nm。

12、在本發(fā)明的一個實施例中，所述algan勢壘層的厚度為10nm-100nm。

13、在本發(fā)明的一個實施例中，所述金剛石襯底層的厚度為25μm-300μm；

14、所述sic外延層的厚度為20nm-100nm。

15、在本發(fā)明的一個實施例中，所述鈍化層的材料包括sin、sio2、al2o3、hfo2中的一種或多種，厚度為10nm-30nm。

16、在本發(fā)明的一個實施例中，所述陽極包括ni、au、ni的疊層金屬，或者ni、au的疊層金屬，或者w、au的疊層金屬，或者mo、au的疊層金屬，每一層金屬的厚度為20-200nm，所述陽極的總厚度小于或等于500nm；

17、所述陰極包括ti、al的疊層金屬，或者ti、al、ni、au的疊層金屬，或者ti、al、mo、au的疊層金屬，每一層金屬的厚度為15-100nm，所述陰極的總厚度小于或等于200nm。

18、本發(fā)明的另一個實施例提供了一種金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管的制備方法，包括步驟：

19、在金剛石襯底層的表面依次生長sic外延層、aln成核層、aigan緩沖層、gan溝道層、algan勢壘層；其中，所述aln成核層、所述aigan緩沖層、所述gan溝道層的厚度均為納米級，且所述aln成核層和所述aigan緩沖層的厚度之和為納米級；

20、在所述algan勢壘層的表面制備陰極，所述陰極與所述algan勢壘層之間形成歐姆接觸；然后在所述algan勢壘層表面的陽極區(qū)域制備陽極，所述陽極與所述陰極之間相距一定距離，且所述陽極與所述algan勢壘層之間形成肖特基勢壘；

21、在所述algan勢壘層、所述陽極與所述陰極的表面制備鈍化層，并對所述陽極和所述陰極上的所述鈍化層進行光刻、刻蝕，形成陽極接觸孔和陰極接觸孔。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明的金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管僅采用納米級的gan溝道層，并且在gan溝道層與sic外延層之間采用納米級的aln成核層和aigan緩沖層，并且二者的厚度之和仍為納米級，相對使用微米級的gan層同時作為緩沖層和溝道層的橫向二極管來說，器件產(chǎn)生的熱流到襯底之間的距離大大減小，提高了器件的耐熱性能，充分發(fā)揮出金剛石基功率器件的散熱優(yōu)勢；同時，相對于微米級gan緩沖層加幾百納米級的aln或者algan成核層結(jié)構(gòu)的單異質(zhì)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的二極管在納米級gan溝道層下使用納米級algan作為二極管的緩沖層，該超薄algan緩沖層與algan勢壘層/gan溝道層形成了algan/gan雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高載流子限域性，阻止載流子溢出溝道，提高了橫向肖特基二極管的耐壓能力；因此，本發(fā)明實現(xiàn)了高擊穿電壓、高耐熱功率的金剛石基氮化鎵肖特基勢壘二極管。