【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子，特别涉及一种氧化镓结势垒肖特基二极管，可用于高压大功率、电源开关设备。
技术介绍
1、氧化镓作为超宽禁带半导体材料，与宽禁带材料如碳化硅、氮化镓相比，具有更高的禁带宽度、临界击穿场强和巴利加品质因数，因而具有高功率转换效率和电流处理能力。通过熔体生长法或限制边缘法生长可以获得高质量的单晶衬底，通过卤化物气相外延或分子束外延可以获得高质量氧化镓薄膜，在体材料生长或外延生长期间使用硅、锡等进行施主型掺杂的可控性等具有一系列优势性的材料而备受关注。目前氧化镓肖特基二极管在应用中存在的限制是，当对其施加一个较高的反向偏置时，由于电场分布不均匀，在阳极边缘容易出现一个峰值电场，从而导致器件过早击穿，因此无法充分发挥氧化镓材料高击穿电场的优势，因此需要对器件结构进行改善从而优化阳极边缘的电场。
2、公开号为cn115312605a的专利文献公开了一种改善终端边缘峰值电场的氧化镓肖特基二极管及制备方法，其结构从下到上包括：阴极欧姆金属层、重掺杂氧化镓衬底层、n型轻掺杂氧化镓外延层、阳极肖特基金属层、p型氧化镍层，其中p型氧化镍层位于阳极肖特基金属层的两端。该器件主要解决氧化镓器件终端边缘处电场分布不均匀，器件易被击穿的问题。但是由于氧化镍材料多由常温下通过磁控溅射制备完成，其可靠性低，且该器件阳极金属层与n型轻掺杂氧化镓外延层为肖特基接触，当器件处于高反向偏置时，泄漏电流较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于p型cr2
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：
3、技术方案1：一种基于p型cr2o3的氧化镓结势垒肖特基二极管，自下而上包括：阴极金属层、衬底层、外延层、p型掺杂层、阳极金属层，其特征在于：p型掺杂层采用多个并列的p型氧化铬掺杂层结构，其间距为0.5～100μm，每个p型氧化铬掺杂层的厚度为10～500nm，宽度为0.5～100μm，掺杂浓度为1015cm-3～1020cm-3。
4、进一步，所述多个并列的p型掺杂层，其平面形状为同心圆形或方形或多边形结构。
5、进一步，所述阴极金属层，采用钛、铝、铂、钨、铬、钼、钽、镍、金中的任意一种或多种组合；所述阳极金属层，采用钛、铝、铂、钨、铬、钼、钽、镍、金中任意一种或多种组合。
6、进一步，所述衬底层，采用掺杂浓度为1017～1020cm-3，厚度为200～1000微米的n+氧化镓掺杂衬底；所述外延层，采用掺杂浓度为1015～1017cm-3，厚度为1～50微米的n-氧化镓掺杂外延层。
7、技术方案2：一种基于p型cr2o3的氧化镓结势垒肖特基二极管，包括：阴极金属层、衬底层、外延层、p型掺杂层、阳极金属层，其特征在于：p型掺杂层采用多个并列的p型氧化铬掺杂层结构，嵌入在外延层内，其间距为0.5～100μm，，深度为10～500nm，每个p型氧化铬掺杂层的宽度为0.5～100μm，掺杂浓度为1015cm-3～1020cm-3。
8、技术方案3：一种制备技术方案1肖特基二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
9、1)对衬底层表面进行清洗和热处理，依次在丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水中超声清洗5～15min，在h2so4:h3po3＝3:1的溶液中加热5～10min，然后放入去离子水中清洗，以消除表面悬挂键，用5％的hf溶液去除表面的氧化物，再用氮气枪吹干；
10、2)将清洗和热处理之后的衬底层装入反应室，在衬底上采用氢化物气相外延工艺淀积厚度为1～50μm、掺杂浓度为1015cm-3～1017cm-3的外延层；
11、3)在衬底层的背面采用电子束蒸发或磁控溅射工艺淀积阴极金属层，并进行快速退火以与外延层形成欧姆接触；
12、4)利用光刻在外延层上制作掩膜，采用脉冲激光法或磁控溅射工艺沉积p型掺杂层氧化铬；
13、5)将沉积完氧化铬的样品，放入丙酮中加热5～30min，再放入异丙醇、去离子水中超声清洗5min～10min，以去除多余的光刻胶；
14、6)将热处理和清洗完的样品，放入磁控溅射或电子束蒸发的腔室中，进行阳极金属层的沉积，使其与外延层形成肖特基接触，完成器件制备。
15、技术方案4：一种制备技术方案2肖特基二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
16、第一步，对衬底层表面进行清洗和热处理，依次在丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水中超声清洗5～15min，在h2so4:h3po3＝3:1的溶液中加热5～10min，然后放入去离子水中清洗，以消除表面悬挂键，用5％的hf溶液去除表面的氧化物，再用氮气枪吹干；
17、第二步，将清洗和热处理之后的衬底层装入反应室，在衬底上采用氢化物气相外延工艺淀积厚度为1～50μm、掺杂浓度为1015cm-3～1017cm-3的外延层；
18、第三步，在衬底层的背面采用电子束蒸发或磁控溅射工艺淀积阴极金属层，并进行快速退火以与外延层形成欧姆接触；
19、第四步，利用光刻在外延层上制作掩膜，采用rie或icp刻蚀技术刻蚀外延层以形成氧化铬沉积区。
20、第五步，将刻蚀好后的样品采用脉冲激光法或磁控溅射工艺进行p型掺杂层氧化铬的沉积；
21、第六步，将沉积完氧化铬的样品，放入丙酮中加热5～30min，再放入异丙醇、去离子水中超声清洗5min～10min，以去除多余的光刻胶；
22、第七步，将热处理和清洗完的样品，放入磁控溅射或电子束蒸发的腔室中，进行阳极金属层的沉积，使其与外延层形成肖特基接触，完成器件制备。
23、本专利技术由于采用介电常数更大的氧化铬材料，并采用在嵌入外延层上表面设置多个并列的p型氧化铬掺杂层或嵌入外延层内的多个并列p型氧化铬掺杂层结构，与现有技术相比，具有如下优点：
24、其一，当器件处于反向偏置时，该结构可产生更强的电场调控能力，且阳极金属层下方的电场分布更平缓，器件的漏电流更小，击穿电压更大。
25、其二，氧化铬与氧化镓形成的异质肖特基结构，其开启电压更小。
26、其三，氧化铬材料的可靠性更好。
27、图说明
28、图1为本专利技术基于p型cr2o3的氧化镓结势垒肖特基二极管结构示意图，其中：
29、图1(a)为外露式多个并列p型氧化铬掺杂层的肖特基二极管结构；
30、图1(b)为嵌入式多个并列p型氧化铬掺杂层的肖特基二极管结构；
31、图2为本专利技术制备图1(a)结构的肖特基二极管的实现流程示意图；
32、图3为本专利技术制备图1(b)结构的肖特基二极管的实现流程示意图。
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1.一种基于p型Cr2O3的氧化镓结势垒肖特基二极管，自下而上包括：阴极金属层(1)、衬底层(2)、外延层(3)、p型掺杂层(4)、阳极金属层(5)，其特征在于：p型掺杂层(4)采用多个并列的p型氧化铬掺杂层结构，其间距为0.5～100μm，每个p型氧化铬掺杂层的厚度为10～500nm，宽度为0.5～100μm，掺杂浓度为1015cm-3～1020cm-3。
2.根据权利要求1所述二极管，其特征在于，所述多个并列的p型掺杂层(4)，其平面形状为同心圆形或方形或多边形结构。
3.根据权利要求1所述二极管，其特征在于：
4.根据权利要求1所述二极管，其特征在于：
5.一种基于p型Cr2O3的氧化镓结势垒肖特基二极管，包括：阴极金属层(1)、衬底层(2)、外延层(3)、p型掺杂层(4)、阳极金属层(5)，其特征在于：p型掺杂层(4)采用多个并列的p型氧化铬掺杂层结构，嵌入在外延层(3)内，其间距为0.5～100μm，深度为10～500nm，每个p型氧化铬掺杂层的宽度为0.5～100μm，掺杂浓度为1015cm-3～1020cm-3。>
6.一种制备权利要求1肖特基二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)中的快速退火，其工艺条件如下：
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4)中通过磁控溅射生长氧化铬，其工艺参数如下：
9.一种制备权利要求5肖特基二极管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，第四步中的ICP刻蚀，其工艺条件如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于p型cr2o3的氧化镓结势垒肖特基二极管，自下而上包括：阴极金属层(1)、衬底层(2)、外延层(3)、p型掺杂层(4)、阳极金属层(5)，其特征在于：p型掺杂层(4)采用多个并列的p型氧化铬掺杂层结构，其间距为0.5～100μm，每个p型氧化铬掺杂层的厚度为10～500nm，宽度为0.5～100μm，掺杂浓度为1015cm-3～1020cm-3。
2.根据权利要求1所述二极管，其特征在于，所述多个并列的p型掺杂层(4)，其平面形状为同心圆形或方形或多边形结构。
3.根据权利要求1所述二极管，其特征在于：
4.根据权利要求1所述二极管，其特征在于：
5.一种基于p型cr2o3的氧化镓结势垒肖特基二极管，包括：阴极金属层(1)、衬底层(2)、外延层(3)、p型...
【专利技术属性】
技术研发人员：周弘，马君逸，苏春旭，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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