高击穿电压氧化镓肖特基二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高击穿电压氧化镓肖特基二极管结构，自下而上包括高掺杂n型Ga

Gallium oxide Schottky diode with high breakdown voltage and manufacturing method thereof

The invention discloses a gallium oxide Schottky diode structure with high breakdown voltage, which comprises a highly doped n type Ga from bottom to top

【技术实现步骤摘要】
高击穿电压氧化镓肖特基二极管及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
，具体的说是一种肖特基二极管器件结构及制作方法，可用于高速集成电路和微波技术。
技术介绍
Ga2O3半导体材料作为新近发展起来的宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大、击穿场强高、导通电阻小等特点引起人们广泛的兴趣，由于它的禁带宽度比较大，因此可以制备大功率器件和高压开关器件，而较高的迁移率也保证了器件具有较高的响应速度。因此基于Ga2O3材料的电力电子器件具有非常广泛的军用和民用前景。2015年，KoheiSasaki等人采用场板结构，实现了击穿电压达920V的肖特基二极管，参考KoheiSasaki,MasatakaHigashiwaki,KenGotoetal,FirstDemonstrationofβ-Ga2O3SchoottkyBarrierDiodewithFieldPlateEdgeTermination,2015InternationalConferenceonSolidStateDevicesandMaterials,Sapporo,2015,pp1076～1077。同年，MasayaOda等人利用喷雾化学气相沉积法制作的肖特基二极管势垒高度为1.7eV～2.0eV，开态电流与漏电流的比率达到1016,参考MasayaOda,JunjirohKikawa,etal,VerticalSchottkyBarrierDiodesofα-Ga203FabricatedbyMistEpitaxy,IEEEDeviceResearchConference(DRC),201573rdAnnual,p137～138。也是这一年，ToshiyukiOishi等人制作出了霍尔电子迁移率达到886cm2/(V·s)，高于以往文献提及的霍尔电子迁移率，参考ToshiyukiOishi,YutaKogaetal,High-mobilityβ-Ga2O3(201)singlecrystalsgrownbyedge-definedfilm-fedgrowthmethodandtheirSchottkybarrierdiodeswithNicontact,TheJapanSocietyofAppliedPhysics·AppliedPhysicsExpress,Volume8,Number3,2015。而且，MasatakaHigashiwaki等人也在这一年用氢化物气相外延(HVPE)的方法制作出的肖特基二极管，其理想因子达到1.02,参考MasatakaHigashiwaki,KoheiSasaki,Ga2O3SchottkyBarrierDiodeswithn-Ga2O3DriftLayersGrownbyHVPE，IEEEDeviceResearchConference(DRC),201573rdAnnual，p23～30。在电力电子系统中，电力电子器件的特性对系统性能的实现和改善起着至关重要的作用。pn结二极管和肖特基二级管(SBD)是最常用的两种器件，与pn结二极管相比较，肖特基二级管具有频率高、正向压降小以及反向恢复时间短的优点，但是肖特基二级管的击穿电压在很大程度上取决于结曲率引起的边缘强电场，因此使得肖特基二级管的击穿电压远小于理想值，故为了降低结边缘电场，提高器件的实际击穿电场，各种结终端技术在电力电子器件中得到了广泛的应用，场限环技术和场板技术是使用最为广泛的终端技术，但是场限环终端对于界面电荷十分敏感，而场板技术则很难达到很高的反向击穿电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种高击穿电压氧化镓肖特基二极管及其制作方法，以减小边缘处的电场强度，提高肖特基二极管的击穿电压。本专利技术的技术方案是这样实现的：一，技术原理由于肖特基电极端处的边缘效应，使得端处电场比其他地方更高，击穿点也通常出现在这里。为此，在有机铁电介质层的边缘处沉积带有场板结构的肖特基二极管，不仅使得场板具有调节肖特基边缘电场分布和提高击穿电压的作用，而且在肖特基接触电极即阳极电极负向偏置电压不断增加的情况下时，有机铁电介质内部形成下表面为负电荷、上表面为正电荷的偶极子，从而对半导体材料中的电子产生排斥的作用，使得阳极电极边缘处的载流子浓度减小，电场也随之减小，进而提高器件的击穿电压。为此，可通过在氧化镓外延层与阴极电极的边缘之间制备一层有机铁电介质层，将氧化镓外延层与阴极电极的边缘进行隔离，能有效减小边缘处的电场强度，从而达到提升整个肖特基二极管击穿电压的效果。二.实现方案：1.一种高击穿电压氧化镓肖特基二极管，自下而上包括高掺杂n型Ga2O3衬底1和低掺杂n型Ga2O3外延层2和阳极电极4，衬底1的下表面沉积有阴极电极5，阳极电极4与n型Ga2O3外延层2形成肖特基接触，阴极电极5与高掺杂n型Ga2O3衬底1形成欧姆接触，其特征在于：外延层2的上表面沉积有有机铁电介质层3，在有机铁电介质层3刻蚀有一个圆形孔，阳极电极4沉积在有机铁电介质层3的孔内，孔的边缘沉积有场板6，该场板6位于有机铁电介质层3之上，且与阳极电极4连接；所述有机铁电介质3包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)、银纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物Ag-P(VDF-TrFE)、硫化锌纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ZnS-P(VDF-TrFE)和钛酸铜钙纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物CCTO-P(VDF-TrFE)在内的薄膜介质材料，其厚度为300～500nm。2.一种制作高击穿电压氧化镓肖特基二极管的器件的方法，包括如下步骤：(1)对已外延生长Ga2O3材料的样品进行有机清洗，然后放入HF:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30-60s，最后用流动的去离子水清洗，并用高纯氮气吹干；(2)将清洗好的Ga2O3材料正面朝下放入ICP刻蚀反应室中进行刻蚀，使Ga2O3材料的下表面平整；(3)将刻蚀好的Ga2O3材料正面朝下放入电子束蒸发台中蒸发金属Ti/Au并进行剥离，再在氮气环境中进行550℃的60s快速热退火，形成阴极欧姆接触电极，其中Ti厚度为20-50nm，Au厚度为100-200nm；(4)将配置好的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)溶液以3000rpm的转速旋涂到氧化镓外延层上，并在150℃的烘箱中烘烤5分钟，形成稳定的P(VDF-TrFE)介质薄膜，重复该过程3～5次，形成介质薄膜厚度达到300～500nm的样品；(5)对样品的正面进行光刻，形成铁电材料P(VDF-TrFE)绝缘层的刻蚀窗口区，窗口的直径为150μm～250μm；(6)对光刻好的样品放入ICP刻蚀反应室中进行刻蚀，去除刻蚀窗口区的铁电材料P(VDF-TrFE)绝缘层，形成阳极电极及场板区域；(7)将光刻好的样品放入等离子体反应室中去除光刻胶掩膜，再放入电子束蒸发台中蒸发Ni/Au并进行剥离，金属Ni厚度为20nm-50nm，金属Au厚度为300nm-500nm，完成整体器件的制备。本专利技术具有如下的优点：器件性能好。本专利技术由于采用有机铁电介质将阳极电极边缘和外延层隔离，形成场板结构，使得有机铁电介质层上面的场板不仅具有调节阳极电极边缘处电场的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高击穿电压氧化镓肖特基二极管，自下而上包括高掺杂n型Ga

【技术特征摘要】
1.一种高击穿电压氧化镓肖特基二极管，自下而上包括高掺杂n型Ga2O3衬底(1)和低掺杂n型Ga2O3外延层(2)和阳极电极(4)，衬底(1)的下表面沉积有阴极电极(5)，阳极电极(4)与n型Ga2O3外延层(2)形成肖特基接触，阴极电极(5)与高掺杂n型Ga2O3衬底(1)形成欧姆接触，其特征在于：外延层(2)的上表面沉积有有机铁电介质层(3)，在有机铁电介质层(3)刻蚀有一个圆形孔，阳极电极(4)沉积在有机铁电介质层(3)的孔内，孔的边缘沉积有场板(6)，该场板(6)位于有机铁电介质层(3)之上，且与阳极电极(4)连接；所述有机铁电介质(3)包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)、银纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物Ag-P(VDF-TrFE)、硫化锌纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ZnS-P(VDF-TrFE)和钛酸铜钙纳米颗粒掺杂的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物CCTO-P(VDF-TrFE)在内的薄膜介质材料，其厚度为300～500nm。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：高掺杂n型Ga2O3衬底(1)的载流子浓度为1018～1020cm-3，厚度大于1μm；低掺杂n型Ga2O3外延层(2)的载流子浓度为1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm。3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：阳极电极(4)采用Pt、Ni、Au、Pd、Mo、W和TaN中的一种或多种；阴极电极(5)采用Ti、Al、In、Au中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：场板(6)的长度为1μm～3μm。5.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：场板(6)采用的材料与阳极电极(4)的材料相同。6.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：有机铁电介质层(3)的圆形孔孔径D为150μm～250μm。7.一种制作高击穿电压氧化镓肖特基二极管的器件的方法，包括如下步骤：(1)对已外延生长Ga2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，李翔，韩根全，黄璐，方立伟，邢翔宇，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：陕西,61