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申请/专利权人：捷捷半导体有限公司;中国科学院微电子研究所

摘要：本公开提供了一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件及其制备方法；所述基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构；形成于所述薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构非阳极区域上的SiNx电荷恢复层；形成于所述薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构阳极区域上的纳米沟道阵列结构；以及形成于所述SiNx电荷恢复层通孔中的阴极金属和形成于所述纳米沟道阵列结构上的阳极金属。本公开GaNSBD器件及其制备方法能够获得低开启电压、高正向电流密度和低反向漏电。

主权项：1.一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的薄势垒Al（In,Ga）NGaN异质结构；形成于所述薄势垒Al（In,Ga）NGaN异质结构非阳极区域上的SiNx电荷恢复层；形成于所述薄势垒Al（In,Ga）NGaN异质结构阳极区域上的纳米沟道阵列结构；以及形成于所述SiNx电荷恢复层通孔中的阴极金属和形成于所述纳米沟道阵列结构上的阳极金属。

全文数据：基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件及其制备方法技术领域[0001]本公开涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件及其制备方法。背景技术[0002]研究结果表明，传统GaNSBD性能的提高存在以下明显弊端:一方面，低功函数肖特基阳极虽然可以降低开启电压，但其反向漏电流却较大;另一方面，高功函数肖特基阳极虽然可以减小关态泄漏电流、增加反向耐压，但却显著增大了开启电压和导通损耗。同时，厚势垒架构的GaNSm需要通过阳极刻蚀来减薄势垒层从而达到增强栅控降低漏电的要求，但却增加了阳极金属接触面的刻蚀损伤问题。[0003]鉴于上述弊端，因此，亟需提供一种正向低损耗导通、反向有效截止的GaNSBD器件。发明内容[0004]—要解决的技术问题[0005]鉴于上述技术问题，本公开提供一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。[0006]二技术方案[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，包括：[0008]衬底；[0009]形成于所述衬底上的薄势垒A1In，GaNGaN异质结构；[0010]形成于所述薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构非阳极区域上的SiNx电荷恢复层；[0011]形成于所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构阳极区域上的纳米沟道阵列结构；以及[0012]形成于所述SiNx电荷恢复层通孔中的阴极金属和形成于所述纳米沟道阵列结构上的阳极金属。[0013]在一些实施例中，所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构包括:形成于所述衬底上的GaN缓冲层以及形成于所述GaN缓冲层上的A1In，GaN薄势垒层。[0014]在一些实施例中，在所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构的所述A1In，GaN薄势垒层与所述GaN缓冲层之间产生二维电子气2DEG。[0015]在一些实施例中，所述纳米沟道占空比小于50%，纳米沟道凹槽底部深度大于2DEG沟道深度，且两者深度差在3〇nm以上，所述阳极金属与所述2DEG沟道直接接触。[0016]在一些实施例中，所述纳米沟道凹槽长边延伸方向平行于所述薄势垒GaNSBD器件的阳极与阴极的连线方向。[0017]在一些实施例中，采用LPCVD技术生长在AlIn，GaN薄势垒层上方生长SiNx电荷恢复层，LPCVD-SiNx电荷恢复层的厚度30nm，纳米沟道凹槽深度需在2DEG分布层以下至少30nm，请结合图8-9所示。[0072]S43，在阳极区域、纳米沟道阵列结构上采用电子束蒸发技术沉积肖特基接触阳极金属NiAu。肖特基接触金属覆盖阳极区域介质开孔部分和纳米沟道的凹槽部分。[0073]所述基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，阳极区域2DEG受到顶部阳极和侧壁阳极的三向耗尽作用，2DEG浓度极低。阳极外区域2DEG受到LPCVD-SiNx电荷恢复层的调控作用，2DEG浓度较高。[0074]图11显示了本公开SBD阳极金属与AlGaN此处是以AlGaN为例进行说明）材料之间的肖特基势垒高度。从图中可以看出，顶部肖特基势垒高度较高，侧壁肖特基势垒高度较低，在正向开启时电流优先从侧壁导通。[0075]图12中VI=lmAmm为正向开启电压，VI=100mAmm为正向工作电压。两条曲线对比说明本公开SBD具有更低开启电压0.66V、更低工作电压1.26V，更低反向泄漏电流2.4e-16mAmm，且正向导通电流也明显提升。[0076]本公开是针对传统平面型GaN肖特基势垒二极管SBD开启电压大、正向电流密度低以及反向漏电大等缺点而提出的一种新器件结构及其制备方法。该器件结构是在薄势垒GaNSBD阳极区域引入平行于阳极与阴极连线的纳米沟道阵列结构，在存在顶部阳极肖特基接触的同时，增加了侧壁阳极与2DEG沟道的直接接触。纳米沟道阵列结构可从三个方向有效耗尽沟道内的2DEG，结合薄势垒结构2DEG浓度很低的特点，显著降低二极管反向漏电流；同时，相比顶部的肖特基势垒高度，侧壁阳极与2DEG直接接触具有更低势垒，显著降低二极管的导通电压和损耗，从而增加正向导通电流密度;平行于阳极与阴极连线的纳米沟道阵列结构设计有效避免2DEG沟道全部切断的弊端，提升正向导通能力，且缩小器件尺寸提升集成度。[0077]至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。[0078]需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。[0079]类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。[0080]以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而己，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的薄势垒A1In，GaNGaN异质结构；形成于所述薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构非阳极区域上的SiNx电荷恢复层；形成于所述薄势垒AlIn，GaNGaN异质结构阳极区域上的纳米沟道阵列结构；以及形成于所述SiNx电荷恢复层通孔中的阴极金属和形成于所述纳米沟道阵列结构上的阳极金属。2.根据权利要求1所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构包括:形成于所述衬底上的GaN缓冲层以及形成于所述GaN缓冲层上的A1In，GaN薄势垒层。3.根据权利要求1所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，在所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构的所述A1In，GaN薄势垒层与所述GaN缓冲层之间产生二维电子气2DEG。4.根据权利要求3所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，所述纳米沟道占空比小于50%，纳米沟道凹槽底部深度大于2DEG沟道深度，且两者深度差在30nm以上，所述阳极金属与所述2DEG沟道直接接触。5.根据权利要求1所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，所述纳米沟道凹槽长边延伸方向平行于所述薄势垒GaNSBD器件的阳极与阴极的连线方向。6.根据权利要求1所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，采用LPCVD技术生长在AlIn，GaN薄势垒层上方生长SiNx电荷恢复层，LPCVD-SiNx电荷恢复层的厚度20nm，应力介于lGPa至5Gpa之间。7.根据权利要求1所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件，其中，所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构是采用MOCVD，MBE或HVPE方法再生长形成，所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构中势垒层厚度介于3nm至6nm之间，A1组分不高于25%;所述阴极金属为TiAlNiAu欧姆接触阴极金属，所述阳极金属为TiAu肖特基接触阳极金属。8.—种基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件的制备方法，包括：形成薄势垒A1In，GaNGaN异质结构；在所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构上形成SiNx电荷恢复层；去除所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构非阳极区域上的部分SiNx电荷恢复层，形成通孔；在SiNx电荷恢复层的所述通孔中制备欧姆接触类型的阴极金属；去除所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构阳极区域上的SiNx电荷恢复层；在所述薄势垒A1In，GaNGaN异质结构阳极区域上形成纳米沟道阵列结构；以及在所述阳极区域、纳米沟道阵列结构上制备肖特基接触类型的阳极金属。9.根据权利要求8所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件的制备方法，其中，所述纳米沟道凹槽的长边延伸方向平行于二极管阳极与阴极的连线方向，且纳米沟道占空比小于50%，纳米沟道凹槽底部深度大于2DEG沟道深度，且两者深度差在3〇nm以上。10.根据权利要求8所述的基于纳米沟道阵列的薄势垒GaNSBD器件的制备方法，其中，采用LPCVD技术生长在AlIn，GaN薄势垒层上方生长SiNx电荷恢复层;LPCVD-SiNx电荷恢复层的厚度20nm，应力介于lGPa至5Gpa之间。

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