一种氧化镓半导体肖特基二极管制造技术

本实用新型专利技术的氧化镓半导体肖特基二极管，包括半导体层以及设置于半导体层两侧的阳极电极和阴极电极，阳极电极与半导体层为肖特基接触，阴极电极与半导体层为欧姆接触；其特征在于：所述半导体层为Ga2O3薄膜，阳极电极为SnOx薄膜。本实用新型专利技术的氧化镓半导体肖特基二极管，半导体层采用宽带隙的Ga2O3金属氧化物半导体材料，与半导体层欧姆接触的阳极电极采用锡的氧化物SnOx，形成了理想因子非常接近1、势垒高度为1.17eV左右、开关比超过10

A GaO Semiconductor Schottky Diode

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓半导体肖特基二极管
本技术涉及一种氧化镓半导体肖特基二极管，更具体的说，尤其涉及一种使用锡的氧化物（SnOx）作为肖特基阳极的氧化镓半导体肖特基二极管。
技术介绍
肖特基势垒二极管（Schottkybarrierdiodes,SBDs）作为半导体电路中的基本元器件，在射频识别标签，太阳能电池，放大器，光探测器和逻辑门等方面有很大的应用，高性能的肖特基二极管起着至关重要的作用。高性能的肖特基二极管同样可以用于大阵列电阻式随机存取存储器和相变存储器来减小寄生电流。氧化镓（Ga2O3）作为一种宽带隙金属氧化物半导体，凭借着4.5-4.9eV的宽带隙以及6-8MV/cm的大的击穿场强等优点成为了电子和光电子学的研究热点。大尺寸高质量的Ga2O3单晶可以通过常规的低成本熔融法制备，如，导模法（edge-definedfilm-fedgrowth,EFG）、提拉法、区熔法。目前，国内外对于Ga2O3SBDs已有很多研究报道，但大多数采用惰性金属如金(Au)，铂(Pt)，钯(Pd)，镍(Ni)等作为肖特基阳极材料。如文献[Farzana,E.,Zhang,Z.,Paul,P.K.,Arehart,A.R.,&Ringel,S.A.(2017).Influenceofmetalchoiceon(010)β-Ga2O3Schottkydiodeproperties.AppliedPhysicsLetters,110(20),202102.]中用惰性金属Au,Pt,Pd,Ni作为肖特基阳极制备的β-Ga2O3SBDs。该方法制备所得器件性能优良，其势垒高度可以达到1.27~1.71eV，理想因子可以达到1.03~1.09。但是由于惰性金属材料稀缺，价格昂贵，所以此种方法具有很高的制备成本。另外，由于部分金属对O2具有较高的化学亲和力，沉积单层金属在金属氧化物半导体表面可导致O从亚表面扩散，从而在金属/半导体界面处形成一个电子积累层，导致器件性能退化。为了避免这个问题，使用氧化金属，比如，氧化银、氧化铂、氧化铱等已经被广泛应用于氧化锌和铟镓锌氧SBDs的器件。文献[Allen,M.W.,Mendelsberg,R.J.,Reeves,R.J.,&Durbin,S.M.(2009).OxidizednoblemetalSchottkycontactston-typeZnO.AppliedPhysicsLetters,94(10),103508.]报道了使用氧化惰性金属作为肖特基阳极材料制备的ZnOSBDs，文献中采用氧化铱、氧化铂、氧化钯作为肖特基阳极电极，分别在Zn极性面和O极性面制备了SBDs。这些被氧化的惰性金属通过反应性侵蚀脉冲激光沉积法制备。所有制备的器件都具有高的性能，包括低的理想因子和高的势垒高度。这主要是由于低沉积能量对半导体表面造成了很小的损伤以及富氧环境减少了界面缺陷。对于Ga2O3,Mülleretal.等人在文献[Müller,S.,vonWenckstern,H.,Schmidt,F.,Splith,D.,Schein,F.L.,Frenzel,H.,&Grundmann,M.(2015).ComparisonofSchottkycontactsonβ-galliumoxidethinfilmsandbulkcrystals.AppliedPhysicsExpress,8(12),121102.]报道了使用氧化铂作为肖特基接触在Ga2O3单晶和薄膜上制备了高性能SBDs，其势垒高度分别为1.94和1.42eV，理想因子分别为1.09和1.21。如前所述，大多数关于Ga2O3SBDs的报道都是使用惰性金属作为肖特基阳极，存在制备成本高、不利于工业化生产、器件性能退化等问题。只有极少数关于使用高成本氧化金属作为肖特基阳极的报道。本专利研发了使用锡的氧化物（SnOx）作为肖特基阳极的技术，可同时实现高性能、低成本、以及大面积工业化生产。利用SnOx作为肖特基阳极，我们制备了高性能的SBDs。
技术实现思路
本技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种使用溅射工艺制备SnOx作为阳极材料的氧化镓半导体肖特基二极管。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，包括半导体层以及设置于半导体层两侧的阳极电极和阴极电极，阳极电极与半导体层为肖特基接触，阴极电极与半导体层为欧姆接触；其特征在于：所述半导体层为Ga2O3薄膜，阳极电极为SnOx薄膜。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，所述Ga2O3薄膜为没有故意掺杂的Ga2O3或者掺杂Cr、Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf中的1种及以上元素的Ga2O3，Ga2O3薄膜的晶形为α、β、γ、δ、ε中的任意一种，Ga2O3单晶在室温下的载流子浓度范围为1×1014cm-3至1×1018cm-3。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，作为半导体层的Ga2O3薄膜厚度为30～600μm。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，作为阳极电极的SnOx薄膜的厚度为20～200nm。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，所述阳极电极的外表面上设置有阳极金属触点层，阴极电极的外表面上设置有阴极金属触点层，阳极金属触点层、阴极电极、阴极金属触点层的材质分别为Ti、Ti、Au，其厚度范围均为10～500nm。本技术的有益效果是：本技术的氧化镓半导体肖特基二极管，半导体层采用宽带隙的Ga2O3金属氧化物半导体材料，与半导体层欧姆接触的阳极电极采用锡的氧化物SnOx，形成了理想因子非常接近1、势垒高度为1.17eV左右、开关比超过1010的肖特基势垒二极管，所获取的肖特基二极管性能优良。本技术的氧化镓半导体肖特基二极管的优点体现在：（1）、本技术所述肖特基阳极电极为反应溅射的SnOx薄膜，主要有两方面的作用：一方面，在沉积SnOx的初始阶段利用通入的氧气去除了氢氧根诱导的高导电表面积聚层，确保肖特基势垒附近的半导体中的富氧环境降低了缺氧相关缺陷的水平；另一方面，SnO作为SnOx薄膜的主要成分，其主要缺陷态为锡空位，并且锡空位产生的氧的悬挂键可以有效的补偿Ga2O3中的氧空位，降低界面态密度，改善了整流接触特性。（2）、本技术使用的肖特基接触电极为SnOx薄膜，金属Sn具有含量丰富、价格低廉、对人体及环境友好等优势。（3）、本技术所述氧化物半导体层为Ga2O3单晶，可以通过常规的低成本熔融法制备，如，导模法、提拉法、区熔法，可制备大面积高质量的单晶。（4）、本技术所述氧化物半导体层为机械剥离或机械切割的Ga2O3薄片，利用机械剥离或机械切割方法具有容易制备、低表面损伤、超平滑的晶体表面等优势。（5）、本技术采用垂直结构，制备工艺简单、稳定、重复性好，适合工业化推广；（6）、本技术采用欧姆接触优化处理工艺，在沉积欧姆接触金属层之前，首先用ICP或oxygenplasma刻蚀氧化物半导体表面，使其有利于形成欧姆接触，沉积欧姆接触金属之后，对其进行快速热退火处理。（7）、本技术制备的利用SnOx作为肖特基接触电极的基于β-Ga2O3的SBDs器件性能良好，理想因子为1.02非常接近理想值1。势垒高度为1.17eV本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镓半导体肖特基二极管，包括半导体层以及设置于半导体层两侧的阳极电极和阴极电极，阳极电极与半导体层为肖特基接触，阴极电极与半导体层为欧姆接触；其特征在于：所述半导体层为Ga2O3薄膜，阳极电极为SnOx薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓半导体肖特基二极管，包括半导体层以及设置于半导体层两侧的阳极电极和阴极电极，阳极电极与半导体层为肖特基接触，阴极电极与半导体层为欧姆接触；其特征在于：所述半导体层为Ga2O3薄膜，阳极电极为SnOx薄膜。2.根据权利要求1所述的氧化镓半导体肖特基二极管，其特征在于：所述Ga2O3薄膜为没有故意掺杂的Ga2O3或者掺杂Cr、Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf中的1种及以上元素的Ga2O3，Ga2O3薄膜的晶形为α、β、γ、δ、ε中的任意一种，Ga2O3单晶在室温下的载流子浓度范围为1×1014cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛倩，杜路路，徐明升，宋爱民，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37