氧化镓基肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧化镓基肖特基二极管及制备方法，其中二极管包括：氧化镓衬底；外延氧化镓，设置于所述氧化镓衬底之上；第一绝缘区，位于所述外延氧化镓第一深度；多个第二绝缘区，位于所述外延氧化镓的上表面；肖特基金属层，跨设于相邻的两个第二绝缘区之上；欧姆金属层，位于所述氧化镓衬底的下表面。本发明专利技术通过在外延氮化镓的不同深度形成的第一绝缘区和第二绝缘区，在保证正向导通的基础上形成穿通型结构，提高击穿电压。

Gallium oxide based Schottky diode and its preparation

The invention provides a gallium oxide based Schottky diode and a preparation method, wherein the diode comprises: gallium oxide substrate; epitaxial gallium oxide, arranged on the gallium oxide substrate; a first insulating region, located at the first depth of the epitaxial gallium oxide; a plurality of second insulating regions, located on the upper surface of the Epitaxial Gallium Oxide; a Schottky metal layer, straddling two adjacent second insulators An ohmic metal layer is arranged on the lower surface of the gallium oxide substrate. Through the first insulating area and the second insulating area formed at different depths of Epitaxial Gallium nitride, the through structure is formed on the basis of ensuring the positive conduction, and the breakdown voltage is increased.

【技术实现步骤摘要】
氧化镓基肖特基二极管及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体
，进一步涉及氧化镓基肖特基二极管，以及该氧化镓基肖特基二极管的制备方法。
技术介绍
氧化镓材料因其优异的材料特性，包括超宽的禁带宽度(4.8eV)、超高的临界击穿场强(8MV/cm)，使其特别适用于高压领域。另一方面，氧化镓衬底材料可以通过导模法制备，其生产成本相对较低，具备潜在的应用优势。肖特基二极管因为其高开关速度和低导通损耗，在高压开关领域占据了一定市场份额。目前，已有多种氧化镓基肖特基二极管面世，这些二极管的制备流程包括淀积背面的欧姆电极和正面的肖特基电极，其正向导通特性都较为优异。但为了维持器件的正向导通特性，此类二极管都未采用穿通型结构，只通过加入场板的方法小幅提升器件的击穿电压。使用场板的终端保护措施，只能改善器件正极边缘的电场集中问题，实现小幅提升氧化镓二极管的击穿电压，但器件漂移层较高的掺杂浓度使其难以被耗尽，是非穿通型结构，漂移区的平均电场强度较低，器件的击穿电压受到限制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的是提供氧化镓基肖特基二极管及其制备方法，以在二极管中引入穿通型结构和边缘终端保护，提升二极管击穿电压。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种氧化镓基肖特基二极管，其中包括：氧化镓衬底；外延氧化镓，设置于所述氧化镓衬底之上；第一绝缘区，位于所述外延氧化镓第一深度；多个第二绝缘区，位于所述外延氧化镓的上表面；肖特基金属层，跨设于相邻的两个第二绝缘区之上；欧姆金属层，位于所述氧化镓衬底的下表面。在进一步的实施方案中，沿外延方向观察，所述第一绝缘区域第二绝缘区仅部分重合。在进一步的实施方案中，第一绝缘区材料为氮杂质补偿硅杂质后的绝缘氧化镓。在进一步的实施方案中，第二绝缘区材料为氮杂质掺杂硅杂质后的绝缘氧化镓。在进一步的实施方案中，肖特基金属层包括：铂和金的双层结构，或者镍和金的双层结构。在进一步的实施方案中，欧姆金属层包括：钛和金的双层结构。根据本专利技术的另一方面，提供一种氧化镓基肖特基二极管的制备方法，其中包括：氧化镓衬底上制备外延氧化镓；对外延氧化镓的第一区域进行第一次氮离子注入，后进行第一次热处理，以在外延氧化镓的第一深度形成第一绝缘区；对外延氧化镓的第二区域进行第二次氮离子注入，后进行第二次热处理，以在外延氧化镓的表面形成多个第二绝缘区；制备跨设于相邻的两个第二绝缘区之上的肖特基金属层；制备位于氧化镓衬底下表面的欧姆金属层。在进一步的实施方案中，第一次氮离子注入的能量和剂量大于第二次氮离子注入的能量和剂量。在进一步的实施方案中，沿所述方向观察，所述第一区域与所述第二区域仅部分重合。在进一步的实施方案中，第一次热处理和第二次热处理工艺相同，均在1100℃的氮气气氛中热处理。在进一步的实施方案中，第一深度位于距外延氧化镓上表面1-2微米处。(三)有益效果通过氮离子注入在外延氮化镓的不同深度形成的第一绝缘区和第二绝缘区，在保证正向导通的基础上形成穿通型结构，提高击穿电压；通过将肖特基金属层跨设于相邻的两个第二绝缘区之上，以在肖特基电极的边缘位置形成终端保护，降低该区域的电场强度，从而进一步提升器件的击穿电压。附图说明图1-5是本专利技术实施例的氧化镓基肖特基二极管工艺过程示意图。图6是本专利技术实施例的氧化镓基肖特基二极管正向导通状态示意图。图7是本专利技术实施例的氧化镓基肖特基二极管反向截止状态示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开的保护范围。现有的氧化镓肖特基二极管正向导通特性都较为优异，但都没有采用穿通型结构，而穿通型结构是提升器件耐压值的有力措施，这也使得这些二极管的击穿电压受到限制。为此，本专利技术通过两步氮离子注入的方式，在氧化镓二极管中引入穿通型结构和边缘终端保护，同时保证器件的正向导通特性不受影响，从而获得正向电流大、击穿电压高的氧化镓二极管。根据本专利技术的基本构思，还提供一种氧化镓基肖特基二极管，包括分别位于外延氧化镓表面和内部的第一绝缘区和第二绝缘区，从而形成穿通型结构，以分离二极管的正向导通区域和反向截止区域，从而获得正向特性和反向特性均优异的氧化镓二极管。参见图5所示，本专利技术提供的氧化镓基肖特基二极管包括氧化镓衬底、外延氧化镓，外延氧化镓内形成的第一绝缘区和第二绝缘区，以及肖特基金属层和欧姆金属层。外延氧化镓位于氧化镓衬底之上，其通过外延生长方式形成，在外延氧化镓内的第一深度上具有第一绝缘区，在外延氧化镓上表面上具有第二绝缘区，第一绝缘区和第二绝缘区不相邻，以在正向导通时导电沟道能够保留，且在反向截止时，耗尽区扩展至第一深度，形成穿通型结构，提高击穿电压。其中，对于氧化镓衬底，其为锡掺杂，掺杂浓度为5×1018-10×1018cm-3，选择的衬底厚度为400-600微米，选择在其上形成外延氧化镓材料。氧化镓外延为通过现有的外延方法形成，氧化镓外延层的掺杂为硅掺杂，掺杂浓度为2×10165×1016cm-3，氧化镓外延层的厚度为5-9微米，氧化镓外延的作用在于保证反向截止状态时器件漏电流较低。为提升器件的击穿电压，在氧化镓外延层的第一深度上形成第一绝缘区，该绝缘区通过离子注入氮后再经过热处理形成，第一绝缘区的材料为氮杂质补偿硅杂质后的绝缘氧化镓。该第一绝缘区可以有多个，通过离子注入时在氧化镓外延层上涂覆光刻胶层，显影后对应的区域为第一区域，离子从该第一区域注入氧化镓外延层；后经热处理激活后，氮杂质补偿材料外延层中的施主杂质，从而使得在第一深度的第一区域形成高阻绝缘区。该第一绝缘区的厚度约500nm。在氧化镓外延层的表面还形成有第二绝缘区，该第二绝缘区也可以通过离子注入氮后再经过热处理形成，第二绝缘区的材料为氮杂质补偿硅杂质后的绝缘氧化镓，其形成于第二区域，该第二区域可以为多个，通过光刻胶阻挡其他区域并在第二区域开口，通过氮离子注入，后经热处理激活后，氮杂质补偿材料外延层中的施主杂质，从而使得在表面的第二区域也形成高阻绝缘区，该第二绝缘区的厚度约150nm。从外延生长方向观察，第一区域与第二区域仅部分(例如边缘部分)重合，从而避免正向导通时电流从肖特基电极垂直流至欧姆电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镓基肖特基二极管，其中包括：/n氧化镓衬底；/n外延氧化镓，设置于所述氧化镓衬底之上；/n第一绝缘区，位于所述外延氧化镓第一深度；/n多个第二绝缘区，位于所述外延氧化镓的上表面；/n肖特基金属层，跨设于相邻的两个第二绝缘区之上；/n欧姆金属层，位于所述氧化镓衬底的下表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓基肖特基二极管，其中包括：
氧化镓衬底；
外延氧化镓，设置于所述氧化镓衬底之上；
第一绝缘区，位于所述外延氧化镓第一深度；
多个第二绝缘区，位于所述外延氧化镓的上表面；
肖特基金属层，跨设于相邻的两个第二绝缘区之上；
欧姆金属层，位于所述氧化镓衬底的下表面。


2.根据权利要求1所述的氧化镓基肖特基二极管，其特征在于，
沿所述外延方向观察，所述第一绝缘区域第二绝缘区仅部分重合。


3.根据权利要求1所述的氧化镓基肖特基二极管，其特征在于，所述第一绝缘区材料为氮杂质补偿硅杂质后的绝缘氧化镓。


4.根据权利要求1所述的氧化镓基肖特基二极管，其特征在于，所述第二绝缘区材料为氮杂质掺杂硅杂质后的绝缘氧化镓。


5.根据权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基金属层包括：铂和金的双层结构，或者镍和金的双层结构。


6.根据权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述欧姆金属层包括：钛和金的双...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙世兵，孙海定，吴枫，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34