基于n型氧化镓-p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于n型氧化镓

Schottky diode based on n-type gallium oxide-p-type diamond and its preparation method

The invention relates to a method based on n-type gallium oxide

【技术实现步骤摘要】
基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子领域，具体涉及一种基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]电力电子器件发展至今已逾数十年，新型功率器件以及相关半导体材料研究不断推进功率器件向高电压、大电场、低功耗方向发展。半导体材料的应用已经从第一代以硅为主的半导体逐渐转变为包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)以及金刚石等第三代半导体材料。
[0003]与前两代半导体相比，Ga2O3材料拥有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更大的击穿场强等优点；其中β
‑
Ga2O3的禁带宽度约为4.9eV，理论击穿场强可以达到8MeV/cm，加上其拥有良好的导电性能、发光特性以及稳定的物理化学性质，非常适合制作高压功率电力电子器件。然而，目前关于商用的氧化镓材料β
‑
Ga2O3的研究主要集中在材料的生长，β
‑
Ga2O3材料具有很高的空穴有效质量，极易引入氧空位与缺陷等施主能级，所以即便未掺杂的氧化镓材料也会呈现n型材料的导电特性，因此高质量的p型Ga2O3的制备依然相当困难。
[0004]肖特基二极管作为一种理想的功率半导体器件，要求器件具有良好的静态以及动态特性；在关断时能承受高电压；在导通时具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态转换时，具有开关时间短、低的开关功耗，并具有全控功能。目前，GaN和SiC材料制备的肖特基二极管已得到大规模的使用，工艺水平已经相当成熟。而Ga2O3具有更优良的特性，理论上可以制作出性能更加优异的肖特基二极管SBD。在应用方面，Ga2O3的SBD可以在功放、变频器等系统中作为关键器件，也可以组成模块应用于电路中，很大程度地提高电能转化效率，并且会减小电路的面积，提高集成度，降低制备成本。
[0005]但是，目前关于商用的氧化镓材料β
‑
Ga2O3的研究主要集中在材料的生长，β
‑
Ga2O3材料具有很高的空穴有效质量，极易引入氧空位与缺陷等施主能级，所以即便未掺杂的氧化镓材料也会呈现n型材料的导电特性，因此高质量的p型Ga2O3的制备依然相当困难。同时，受限于肖特基势垒二极管势垒高度低、反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以其反向击穿电压比较低、反向漏电流大，反向漏电流会随着温度的上升而急剧增大，SBD的导热性差也使得器件可靠性在更为严苛的环境中降低。
[0006]综上，目前氧化镓肖特基二极管存在反向偏压低、反向漏电大、热效应明显以及p型材料难以制备的问题，从而导致器件的可靠性降低。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术实施例提供了一种基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，包括：n型氧化镓衬底、n型氧化镓外延层、p型金刚石结区、阳极、绝缘介质和阴极，其中，
[0009]所述阴极、所述n型氧化镓衬底、所述n型氧化镓外延层依次层叠；
[0010]所述p型金刚石结区分布在所述n型氧化镓外延层的表层中，形成终端结构；
[0011]所述阳极位于所述n型氧化镓外延层上，且其两个端部分别与所述p型金刚石结区部分交叠；
[0012]所述绝缘介质位于所述n型氧化镓外延层上，且与所述阳极的两端相接触。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述n型氧化镓衬底的掺杂浓度为10
18
～10
20
cm
‑3，厚度为80～100μm。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述n型氧化镓外延层的掺杂离子包括Si离子、Sn离子中的一种或多种，掺杂浓度为10
15
～10
16
cm
‑3，厚度为120～200μm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述p型金刚石结区的掺杂元素包括硼，掺杂浓度为10
18
～10
20
cm
‑3，厚度为20～50μm。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述p型金刚石结区包括至少两个结区，所述至少两个结区分布在所述n型氧化镓外延层的表层中，且所述阳极的两端与所述结区部分交叠。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述p型金刚石结区包括第一结区和第二结区，其中，所述第一结区位于所述n型氧化镓外延层的表层中且与所述阳极的一端部分交叠，所述第二结区位于所述n型氧化镓外延层的表层中且与所述阳极的另一端部分交叠。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述绝缘介质的材料包括Si3N4、Al2O3、HfO2、ZrO2中的一种或多种，厚度为150～300nm。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述阳极的材料包括Ni、Au、Pt、Al中的一种或多种，厚度为110～450nm；
[0020]所述阴极的材料包括Ti、Au、Cr中的一种或多种，厚度为120～450nnm。
[0021]本专利技术的另一个实施例提供了一种基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管的制备方法，包括步骤：
[0022]S1、在基片的n型氧化镓外延层的表层中制备p型金刚石结区，形成JTE终端结构，其中，所述基片包括n型氧化镓衬底和位于所述n型氧化镓衬底上的所述n型氧化镓外延层；
[0023]S2、在所述n型氧化镓外延层和所述p型金刚石结区上制备绝缘介质；
[0024]S3、在所述n型氧化镓外延层和所述p型金刚石结区上制备阳极，使得所述阳极位于所述n型氧化镓外延层上且位于所述绝缘介质之间，所述阳极的端部与所述p型金刚石结区部分交叠；
[0025]S4、在所述n型氧化镓衬底的底部制备阴极。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，步骤S1包括：
[0027]S11、在所述n型氧化镓外延层上刻蚀形成结区凹槽；
[0028]S12、在所述结区凹槽中沉积p型金刚石，形成所述p型金刚石结区。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0030]本专利技术的肖特基二极管采用p型金刚石结区作为终端结构，第一，p型金刚石的热导率更高、禁带宽度更大，采用p型金刚石作为主结周围掺杂的反型杂质，可以极大的提升器件的散热性能，对器件的击穿电压的提升以及功率容量的增加也具有积极作用；第二，采用p型金刚石结区形成终端结构，有效的抑制了结区边缘的电场集中效应，使器件的实际反向耐压接近理想耐压值，可以达到很高的终端效率；第三，相比于p型氧化镓材料，p型金刚
石更容易制备，可以实现高质量的p型材料，从而实现高性能的器件。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种基于n型氧化镓
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，其特征在于，包括：n型氧化镓衬底(1)、n型氧化镓外延层(2)、p型金刚石结区(3)、阳极(4)、绝缘介质(5)和阴极(6)，其中，所述阴极(6)、所述n型氧化镓衬底(1)、所述n型氧化镓外延层(2)依次层叠；所述p型金刚石结区(3)分布在所述n型氧化镓外延层(2)的表层中，形成终端结构；所述阳极(4)位于所述n型氧化镓外延层(2)上，且其两个端部分别与所述p型金刚石结区(3)部分交叠；所述绝缘介质(5)位于所述n型氧化镓外延层(2)上，且与所述阳极(4)的两端相接触。2.根据权利要求1所述的基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，其特征在于，所述n型氧化镓衬底(1)的掺杂浓度为10
18
～10
20
cm
‑3，厚度为80～100μm。3.根据权利要求1所述的基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，其特征在于，所述n型氧化镓外延层(2)的掺杂离子包括Si离子、Sn离子中的一种或多种，掺杂浓度为10
15
～10
16
cm
‑3，厚度为120～200μm。4.根据权利要求1所述的基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，其特征在于，所述p型金刚石结区(3)的掺杂元素包括硼，掺杂浓度为10
18
～10
20
cm
‑3，厚度为20～50μm。5.根据权利要求1所述的基于n型氧化镓
‑
p型金刚石的肖特基二极管，其特征在于，所述p型金刚石结区(3)包括至少两个结区，所述至少两个结区分布在所述n型氧化镓外延层(2)的表层中，且所述阳极(4)的两端与所述结区部分交叠。6.根据权利要求1所述的基于n型氧化镓
‑
p型金刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，侯斌，常青原，武玫，杨凌，张濛，朱青，宓珉瀚，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：