【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，主要涉及功率开关器件，具体是一种p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管。可用于制备高耐压、低漏电流的开关二极管,该二极管具有高效能、宽禁带特性和优良的热稳定性，适用于制备常关型氧化镓器件，广泛应用于高功率电子器件、高频开关器件以及高温工作环境中。
技术介绍
0、技术背景
1、氧化镓(ga2o3)拥有五种晶型，其中β-ga2o3因其出色的热稳定性和超大禁带宽度(4.4-4.9ev)而成为研究焦点。β-ga2o3具备极高的击穿场强(约8mv/cm)，远超si、sic和gan，同时具有优异的baliga品质因数和高频baliga优值，使其在高频、高压、大功率应用中展现出巨大潜力。然而，尽管β-ga2o3的导通电阻理论值低，有利于提高器件效率，但其p型掺杂相对困难，主要由于n型背景载流子的影响、缺少有效的浅能级受主杂质以及受主杂质离子的钝化等问题。目前，氧化镓的n型掺杂已较为成熟，常用si和sn作为掺杂元素，而p型掺杂的研究和应用相关信息报道的较少。没有p型氧化镓时，n型氧化镓器件在开关性能上存在一些局限，特别是在高压应用中，器件的性能容易受到热和电场的影响，导致损耗和不稳定。
2、为了解决上述存在的问题，在现有的技术中，有研究人员通过使用更有效的掺杂剂，如锌(zn)、镁(mg)或锰(mn)，这些材料在氧化镓中更易增加载流子浓度，形成p型导电性。但是，掺杂剂的选择和浓度需要精确控制，且优化过程复杂，可能增加制造成本和难度。此外，也有相关科研人员采用薄膜生长技术，金属有机化学气相沉积
3、目前，现有技术在解决氧化镓p型掺杂困难的问题时，面临掺杂剂活性不稳定和掺杂浓度难以精确控制的挑战。此外，用其他p型半导体掺杂制造的异质结二极管界面陷阱浓度通常在1012到1014cm-2ev-1之间，导致界面陷阱密度较高，影响器件性能和稳定性。复杂的工艺条件也增加了生产成本。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种器件耐压高，漏电流小的p-ga2o3/n-ga2o3pn结二极管及制备方法，实现了氧化镓的p型掺杂。
2、本专利技术是一种p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管，自下而上设有:阴极金属、衬底、n型β-ga2o3外延层、n型β-ga2o3外延层上方设有一层p型nio薄膜层，p型nio薄膜层上方淀积了一层阳极金属，其特征在于：经在n型β-ga2o3外延层上表面全覆盖进行n/p离子的离子注入并在氮气下进行高温退火，在n型β-ga2o3外延层与p型nio薄膜层之间生成p型ga2o3材料层，该p型ga2o3材料层与n型β-ga2o3外延层间形成同质氧化镓p-n结；整体构成高耐压、低漏电流的p型氧化镓-n型氧化镓pn结二极管。
3、本专利技术还是一种p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管的制备方法，在权利要求1-5中的任一种p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管上实现，其特征在于，在n型β-ga2o3外延层与p型nio薄膜层之间通过n/p离子注入，高温退火形成厚度为400-600nm的p型ga2o3材料层，包括有如下步骤：
4、1)清洗外延片：选择外延片，并依次分别在丙酮溶液、异丙醇溶液中清洗，各超声清洗5min-10min，再用去离子水中超声清洗5min，之后用氮气吹干，吹干之后得到清洗后的外延片，外延片就是本专利技术中衬底和n型β-ga2o3外延层的组合件，在实际应用中，它是一个买来的独立构件；
5、2)在n型ga2o3外延层上制备p型ga2o3材料层：清洗后的n型外延片，对其上方进行n/p离子的注入，再在氮气环境中进行高温退火，最后在n型外延片上方表面形成p型ga2o3材料层，在p型ga2o3材料层与n型外延片之间形成同质氧化镓pn结；
6、3)制备阴极金属：在外延层底部通过电子束蒸发e-beam系统淀积厚度为60nm/120nm的ti/au作为阴极金属，之后在470℃的氮气中退火1min，形成良好的欧姆接触；
7、4)光刻形成nio薄膜区：在形成的p型ga2o3材料层4上旋涂光刻胶并用光刻机进行光刻，形成待淀积p型nio薄膜的区域，在去胶机中用200w的氧气环境去胶处理5min；
8、5)淀积p型nio薄膜：应用电感耦合等离子体化学气相沉积icp-cvd，在p型ga2o3材料层4上待淀积p型nio的区域淀积厚度为70nm-150nm的nio薄膜；
9、6)光刻形成阳极金属区：在淀积的nio薄膜层5上再做一次光刻，并且在去胶机中用200w的氧气环境去胶处理5min，曝露出需要在nio薄膜层5上淀积阳极金属的区域；
10、7)制备阳极金属：通过电子束蒸发e-beam系统在阳极金属区域淀积厚度为60nm/120nm的ni/au，再将淀积完金属后的片子放入剥离液中，经过剥离形成阳极金属6，在去胶机中用200w的氧气环境去胶处理5min，之后再进行一次有机清洗，完成整个p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管的制备过程。
11、本专利技术解决了现有技术中由于复杂的制造工艺导致的生产成本高，掺杂剂活性不稳定和掺杂浓度难以精确把控的问题，同时所设计制备的p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管实现了氧化镓的p型掺杂，同质结也大幅降低了界面陷阱浓度，进一步减小器件的漏电流，提高器件的热稳定性和耐压能力。也解决了n型氧化镓在高电流、高温、高压下的稳定性存在一定问题，尤其是在器件的电流-电压特性和反向恢复特性方面等问题。本专利技术通过引入p型氧化镓，可以实现更高效的电流调控和增强的二极管特性，适用于功率电子、射频放大器等应用。p型氧化镓同时能增强氧化镓基器件的电流控制性能，并提供更稳定的工作特性，特别是在极端工作条件下，p型氧化镓能够保持较好的热稳定性和电气性能。
12、本专利技术具有如下优点：
13、提高器件击穿电压，减小了器件漏电流，提高器件的热稳定性：本专利技术通过离子注入及高温退火实现了氧化镓的p型掺杂，同时在n型氧化镓引入p型nio，增强了器件整体载流子的浓度，构成了氧化镓同质pn结，有效提高了器件的击穿电压并减小了漏电流大小，提高了器件的耐压和热稳定性，本专利技术在高电压电力电子器件方面具有很大的工程应用价值。
14、制备工艺相对简单，得到的同质pn结界面陷阱浓度低：本专利技术在n型β-ga2o3外延层表面处通过进行n/p离子注入并进行高温退火，使得ga2o3中的ga原子析出以及再反应形成p型条件，并与nio的p型特性相结合，用较为简单的工艺得到了氧化镓同质pn结，大幅度地降低了pn结界面处的界面陷阱。
15、淀积得到的氧化镍薄膜均匀性好、致命性更高，淀积速度更快：本专利技术在淀积nio薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管，自下而上设有:阴极金属、衬底、n型β-Ga2O3外延层、n型β-Ga2O3外延层上方设有一层p型NiO薄膜层，p型NiO薄膜层上方淀积了一层阳极金属，其特征在于：经在n型β-Ga2O3外延层上表面全覆盖进行N/P离子的离子注入并在氮气下进行高温退火，在n型β-Ga2O3外延层与p型NiO薄膜层之间生成p型Ga2O3材料层，该p型Ga2O3材料层与n型β-Ga2O3外延层间形成同质氧化镓p-n结；整体构成高耐压、低漏电流的p型氧化镓-n型氧化镓pn结二极管。
2.根据权利要求1所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管，其特征在于，在n型β-Ga2O3外延层与p型NiO薄膜层之间形成的p型Ga2O3材料层的厚度为400nm-600nm。
3.根据权利要求1所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管，其特征在于，衬底或采用n型Ga2O3衬底，或采用SiO2衬底，或采用蓝宝石绝缘衬底。
4.根据权利要求1所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管，其特征在于，所述的阴极金属
5.根据权利要求1所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管，其特征在于，所述的阳极金属为双层金属结构，其下层是厚度为60nm的Ni，上层是厚度为120nm的Au。
6.一种p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管的制备方法，在权利要求1-5中的任一种p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管上实现，其特征在于，在n型β-Ga2O3外延层与p型NiO薄膜层之间通过N/P离子注入，高温退火形成厚度为400-600nm的p型Ga2O3材料层，包括有如下步骤：
7.根据权利要求6所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的p型Ga2O3材料层，其厚度具体是通过以下工艺条件所控制：
8.根据权利要求6所述的p-Ga2O3/n-Ga2O3 pn结二极管的制备方法，其特征在于，步骤5)所述的淀积p型NiO薄膜具体是采用低温沉积设备ICP-CVD淀积p型NiO薄膜，其工艺条件如下：
...【技术特征摘要】
1.一种p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管，自下而上设有:阴极金属、衬底、n型β-ga2o3外延层、n型β-ga2o3外延层上方设有一层p型nio薄膜层，p型nio薄膜层上方淀积了一层阳极金属，其特征在于：经在n型β-ga2o3外延层上表面全覆盖进行n/p离子的离子注入并在氮气下进行高温退火，在n型β-ga2o3外延层与p型nio薄膜层之间生成p型ga2o3材料层，该p型ga2o3材料层与n型β-ga2o3外延层间形成同质氧化镓p-n结；整体构成高耐压、低漏电流的p型氧化镓-n型氧化镓pn结二极管。
2.根据权利要求1所述的p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管，其特征在于，在n型β-ga2o3外延层与p型nio薄膜层之间形成的p型ga2o3材料层的厚度为400nm-600nm。
3.根据权利要求1所述的p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管，其特征在于，衬底或采用n型ga2o3衬底，或采用sio2衬底，或采用蓝宝石绝缘衬底。
4.根据权利要求1所述的p-ga2o3/n-ga2o3 pn结二极管，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏飞，吴洁琳，周弘，张进成，张苇杭，刘志宏，岳红庆，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：
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