【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于制备大功率氧化镓器件的一种基于p型ga2o3的肖特基二极管及其制备方法，属于半导体材料与器件。
技术介绍
1、ga2o3是一种具有4.6-4.9ev的超宽禁带半导体材料，理论击穿场强可达8mv/cm，理论上有近250cm2/v·s的电子迁移率，理论巴利加优值可达3444，能够同时获得高的击穿电压和转换效率，且能够通过成熟且低成本的熔融法获得高质量的大块衬底，因此ga2o3基器件是大功率器件的有力竞争者，也是近年来研究热点。
2、由于ga2o3材料具有很高电子亲合能，且能级结构中导带最小值较小，靠近费米能级，有利于天然施主缺陷的形成，容易实现n型掺杂，所以ga2o3材料可以实现具有较为理想电导率和电子迁移率的n型掺杂。目前ga2o3可以通过掺杂si、ge、sn、f、cl等原子实现1015-1019次方的有效n型掺杂，较为理想和成熟。
3、但是ga2o3材料的p型掺杂却很难实现。由于ga2o3材料无活化能小的受主，较低的电子迁移率和受主溶解度，以及能级结构中价带最大值较小，远离费米能级，不利于天然施主缺陷的形成等原因，因此，用ga2o3实现具有高迁移率的p型掺杂十分困难，而p型掺杂的缺失在很大程度的限制了ga2o3器件的发展。
4、氧化镓功率器件目前主要包括二极管、三极管、mosfet等，其中二极管主要有肖特基二极管和异质结pn二极管。由于氧化镓尚未得到高迁移率的p型掺杂，所以目前主要使用其它p型半导体材料，如氧化镍、氧化铜、氧化锡与n型氧化镓结合制成异质结pn二极管。但得到的异
5、因此，亟需一种可以充分发挥ga2o3材料高击穿电压和高功率优值优点的ga2o3同质结pn二极管。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于p型ga2o3的肖特基二极管及其制备方法，本专利技术的ga2o3基器件耐压和功率优值高，并且功率损耗低。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于p型ga2o3的肖特基二极管，自下而上包括：阴极欧姆金属层、n型重掺杂氧化镓衬底、n型轻掺杂氧化镓外延层、p型氧化镓层和阳极金属层，p型氧化镓层分布在n型轻掺杂氧化镓外延层的表层上。
4、根据本专利技术优选的，p型氧化镓层沉积在n型轻掺杂氧化镓外延层的沟槽结构中，与n型轻掺杂氧化镓外延层形成耗尽区。
5、根据本专利技术优选的，所述阳极金属层覆盖在n型轻掺杂氧化镓外延层和p型氧化镓层上，与p型氧化镓层之间为肖特基接触，与n型轻掺杂氧化镓外延层之间为欧姆接触。
6、根据本专利技术优选的，n型重掺杂氧化镓衬底掺杂浓度为(1-5)×1018cm-3，n型轻掺杂氧化镓外延层掺杂浓度为(1-5)×1016cm-3。
7、根据本专利技术优选的，p型氧化镓层由先在n型轻掺杂氧化镓外延层上生长gan，再将gan高温氧化制备得到，空穴浓度为1016cm-3-1017cm-3。
8、根据本专利技术优选的，n型重掺杂氧化镓衬底厚度为600-700μm，n型轻掺杂氧化镓外延层厚度为5-20μm，p型氧化镓层的厚度为10nm-200nm。
9、根据本专利技术优选的，沟槽结构为间隔开的多个沟槽，每个沟槽宽度为0.2-0.8μm、深度为1-4μm。
10、本专利技术的第二个目的是提供上述基于p型ga2o3的肖特基二极管的制备方法。
11、基于p型ga2o3的肖特基二极管的制备方法，包括步骤如下：
12、1)提供一n型重掺杂氧化镓衬底，依次进行丙酮、异丙醇、去离子水清洗；
13、2)使用hvpe外延生长，在清洗后的氧化镓衬底上制备n型轻掺杂氧化镓外延层；
14、3)采用bcl3和ar作为刻蚀气体，使用等离子体刻蚀方法在n型轻掺杂氧化镓外延层进行刻蚀形成沟槽结构；
15、4)使用外延生长等方法，在沟槽结构中生长10nm-200nm厚度的gan；
16、5)将步骤4)得到的器件置于n2、o2混合气体或n2o气体环境下进行高温氧化，在沟槽结构上得到氮掺杂的p型氧化镓层，然后抛光；
17、6)利用光刻技术，使用光刻胶进行制备阴极金属图形；使用磁控溅射法在n型重掺杂氧化镓衬底蒸镀阴极金属层，第一层ti的厚度为20-40nm，第二层au金属的厚度为100-300nm，形成欧姆接触；再在氮气中退火，得到阴极金属层；
18、7)利用光刻技术，使用光刻胶进行制备阳极金属图形；使用磁控溅射法在p型氧化镓上层蒸镀金属层，第一层金属ni的厚度为40-50nm，第二层金属au的厚度为200-300nm，形成欧姆接触；再在氮气中退火，得到阳极金属层，完成二极管制备。
19、根据本专利技术优选的，步骤4)中，在氧化镓(-201)或(100)面进行生长gan；依晶格失配度，在沟槽结构氧化镓(-201)面进行生长gan，得到的二极管较(100)面得到的性能更好。
20、根据本专利技术优选的，步骤5)中，依键能大小，在n2o气体中进行高温氧化，得到的二极管较n2、o2混合气体得到的性能更好。
21、根据本专利技术优选的，步骤5)中，高温氧化温度为900-1100℃，时间为50-70min。
22、根据本专利技术优选的，步骤6)、7)中，蒸镀可使用磁控溅射或电子束蒸发进行蒸镀，退火为在氮气中快速退火0.5-2分钟，温度为400-550℃。
23、根据本专利技术优选的，步骤1)到5)顺序不可逆，步骤6)到7)顺序可逆。
24、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
25、1.本专利技术在n型轻掺杂氧化镓外延层上制备p型ga2o3材料，能够内形成ga2o3同质pn结，通过pn结的耗尽作用可有效抑制反向漏电，从而提高器件的耐压，使得器件的功率优值大幅增加，减少了器件的功率损耗，弥补了现有缺乏ga2o3同质结pn二极管的不足。
26、2.本专利技术的的制备方法，能够进一步增加p型ga2o3空穴浓度的方法，弥补了现有缺乏p型ga2o3材料的不足，有望应用于更多ga2o3基功率器件中，并增强器件性能，进一步提高器件耐压，提高功率优值及减少损耗。
27、3.本专利技术的具有沟槽结构的肖特基二极管，平面肖特基的局限性在于等电位的势垒线倾向于聚集在金属电极附近而不是衬底，当在表面附近超过临界电场时，会导致较早地击穿。而通过将刻蚀沟槽，可有效地耗尽反向漂移区内的漂移电子，并使漂移区电场均匀分布，能够有效提高反向阻断电压，用于制备大功率氧化镓器件。
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1.一种基于p型Ga2O3的肖特基二极管，自下而上包括：阴极欧姆金属层、n型重掺杂氧化镓衬底、n型轻掺杂氧化镓外延层、p型氧化镓层和阳极金属层，p型氧化镓层分布在n型轻掺杂氧化镓外延层的表层上。
2.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，p型氧化镓层沉积在n型轻掺杂氧化镓外延层的沟槽结构中，与n型轻掺杂氧化镓外延层形成耗尽区。
3.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，所述阳极金属层覆盖在n型轻掺杂氧化镓外延层和p型氧化镓层上，与p型氧化镓层之间为肖特基接触，与n型轻掺杂氧化镓外延层之间为欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，n型重掺杂氧化镓衬底掺杂浓度为(1-5)×1018cm-3，n型轻掺杂氧化镓外延层掺杂浓度为(1-5)×1016cm-3。
5.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，p型氧化镓层由先在n型轻掺杂氧化镓外延层上生长GaN，再将GaN高温氧化制备得到，空穴浓度为1016cm-3-1017c
6.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，n型重掺杂氧化镓衬底厚度为600-700μm，n型轻掺杂氧化镓外延层厚度为5-20μm，p型氧化镓层的厚度为10nm-200nm。
7.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管，其特征在于，沟槽结构为间隔开的多个沟槽，每个沟槽宽度为0.2-0.8μm、深度为1-4μm。
8.权利要求1所述的基于p型Ga2O3的肖特基二极管的制备方法，包括步骤如下：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，在氧化镓(-201)或(100)面进行生长GaN；依晶格失配度，在沟槽结构氧化镓(-201)面进行生长GaN，得到的二极管较(100)面得到的性能更好。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，高温氧化温度为900-1100℃，时间为50-70min，步骤6)、7)中，蒸镀可使用磁控溅射或电子束蒸发进行蒸镀，退火为在氮气中快速退火0.5-2分钟，温度为400-550℃。
...【技术特征摘要】
1.一种基于p型ga2o3的肖特基二极管，自下而上包括：阴极欧姆金属层、n型重掺杂氧化镓衬底、n型轻掺杂氧化镓外延层、p型氧化镓层和阳极金属层，p型氧化镓层分布在n型轻掺杂氧化镓外延层的表层上。
2.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的肖特基二极管，其特征在于，p型氧化镓层沉积在n型轻掺杂氧化镓外延层的沟槽结构中，与n型轻掺杂氧化镓外延层形成耗尽区。
3.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的肖特基二极管，其特征在于，所述阳极金属层覆盖在n型轻掺杂氧化镓外延层和p型氧化镓层上，与p型氧化镓层之间为肖特基接触，与n型轻掺杂氧化镓外延层之间为欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的肖特基二极管，其特征在于，n型重掺杂氧化镓衬底掺杂浓度为(1-5)×1018cm-3，n型轻掺杂氧化镓外延层掺杂浓度为(1-5)×1016cm-3。
5.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的肖特基二极管，其特征在于，p型氧化镓层由先在n型轻掺杂氧化镓外延层上生长gan，再将gan高温氧化制备得到，空穴浓度为1016...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾志泰，赵昊，穆文祥，陶绪堂，
申请(专利权)人：山东省工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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