一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法技术

本发明专利技术的一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法，属于半导体功率器件的技术领域。其结构为，在低阻p型金刚石衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。本发明专利技术利用n型氧化镓填充凹槽避免选择区域形成n型掺杂金刚石面临的难题，同时在优化倾斜角度的台面上生长氧化镓形成异质PN结型混合终端结构，终端处的PN结在正向偏置时导通提高器件电流及抗浪涌能力，反向偏置时形成耗尽区缓解边缘电场集中。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法
本专利技术属于半导体功率器件的
，更具体地，涉及一种纵向导通型异质结倾斜台面金刚石混合PN/肖特基二极管的制备方法。
技术介绍
纵向导通型金刚石器件在保持器件尺寸不变时可以通过改变漂移层厚度提升耐压，缓解横向器件中栅极边缘电场集边效应导致的提前击穿。纵向器件的电场尖峰位置远离器件表面，有效抑制陷阱态的作用而降低动态导通电阻。与横向器件相比电流沿纵向方向流出可以承受更高的功率密度。电场分布相对更均匀，电流分布可以更扩展，从而比横向器件具有更优良的散热特性。纵向导通型金刚石功率二极管主要有肖特基结(SBD)和PN结(PND)二极管两种基本类型。对SBD器件而言，通常选择肖特基势垒高度相对较小的金属作为电极以获得相对较低的正向导通电压(<1V)，但是会导致器件关态漏电流较大，需要借助终端结构实现高关态耐压。相比于SBD二极管，PND器件更容易获得低关态漏电流、高耐压特性，但是器件导通电压在3V以上。因此，需要探究新型的二极管器件结构实现正向导通和反向关断性能之间的平衡。目前学界实现高性能纵向导通SBD的技术路线主要有离子注入结终端、倾斜台面终端、沟槽型MIS结构肖特基二极管及结型势垒肖特基二极管四种结构。结型势垒肖特基二极管通过在p型半导体表面选择性形成具有一定深度的一系列n型掺杂区域。肖特基接触区域在较低的阳极正偏压时进行导通。当器件处于关态时，PN结提供的横向耗尽区可以将肖特基接触夹断并将界面的电场尖峰转移至漂移层。更进一步，将JBS结构中n型区域顶部的阳极金属与其形成欧姆接触时可以获得混合PN/肖特基二极管(MPS)结构，在正向电压达到一定程度时会实现PN结的二次导通，器件可以承受大的浪涌电流。因此，JBS/MPS结构能结合SBD良好正向导通特性(低导通电压)及PND反向关态特性(低漏电流及高耐压)，是比较具有潜力的一种技术方案。但目前器件制备面临如下难题需业界共同面对与解决：(1)难以选择性形成高结晶质量、掺杂浓度可控的n型掺杂区域。由于金刚石材料禁带宽、原子密度高、材料硬度大等特性，氮掺杂原子只能形成非常深的施主能级(约Ec-1.7eV)。另一种替代的掺杂剂为磷原子形成非常深的施主能级(约Ec-0.57eV)导致在室温条件下不能充分激活掺杂剂。(2)缺少JBS/MPS结构器件高效终端结构的系统研究。现有的JBS/MPS结构器件主要采用场限环和场板结构相结合的方案来降低电极边缘电场保证器件的耐压。然而，由于金刚石材料体系缺少可靠的本征氧化物介质层，界面的缺陷态会导致可靠性问题。PN结倾斜台面终端与JBS/MPS器件工艺兼容且能高效调控耐压性能。但是由于n型金刚石难以选择性生长，在纵向导通器件中尚未系统研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服
技术介绍
存在的问题，提供一种异质结倾斜台面金刚石混合PN/肖特基二极管及其制备方法。具体技术方案如下：一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其结构为，在低阻p型金刚石衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。所述的低阻p型金刚石衬底(1)为单晶金刚石或者多晶金刚石，硼掺杂浓度约1020cm-3。所述的p型金刚石过渡层(2)可以为单层或者多层硼掺杂金刚石外延层，厚度为10nm～50μm，硼掺杂浓度可在1015～1020cm-3范围间调整。所述的金刚石漂移层(3)可以为单层或者多层非故意掺杂金刚石外延层，厚度为10nm～50μm，硼掺杂浓度可在1012～1016cm-3范围间调整。所述的n型氧化镓层(6)，掺杂浓度可在1012～1018cm-3范围间调整。所述的欧姆接触电极(7)为Ti/Au合金、Ti/Ni/Au合金、Ti/Mo/Au合金等；所述的肖特基接触电极(8)为Al/Au合金、Ti/Au合金或者Zr/Au合金等材料。一种金刚石倾斜台面异质结二极管的制备方法，具体包括以下步骤：S1、在低阻p型金刚石衬底(1)上生长p型金刚石过渡层(2)；S2、在p型金刚石过渡层上生长非故意掺杂的金刚石漂移层(3)；S3、在漂移层表面利用光刻胶回流刻蚀形成倾斜台面(4)；S4、利用氧等离子体刻蚀形成凹槽结构(5)；S5、在倾斜台面和凹槽结构中沉积形成n型氧化镓层(6)；S6、在衬底背面形成欧姆接触电极(7)；S7、在氧化镓及金刚石上沉积栅电极金属材料，形成肖特基接触电极(8)。具体的，所述的步骤S1～S2中生长掺杂浓度可调控的叠层漂移层材料；所述的步骤S5中沉积n型氧化镓形成结势垒结构及异质结倾斜台面结构，提升反向耐压。所述的n型氧化镓层(6)可以通过溅射法或者原子层沉积等方法获得。所述步骤S1中的过渡层及步骤S2中的漂移层的生长方法为微波等离子体辅助化学气相沉积法、直流喷射化学气相沉积法或者热灯丝辅助化学气相沉积法等高质量成膜方法；所述步骤S6及S7中金属的生长方法为电子束蒸发、物理气相沉积法或磁控溅射法。另外，也可总结为下述的步骤：1.提供需要进行化学气相沉积的低阻金刚石衬底材料；2.在所述衬底材料上沉积p型掺杂过渡层及非故意掺杂的漂移层；3.在所述漂移层上利用光刻显影技术刻蚀倾斜台面；4.在掩膜图形的辅助下，实现凹槽刻蚀；5.利用溅射法等手段在倾斜台面及凹槽区域中形成n型氧化镓填充；6.沉积欧姆及肖特基接触电极。进一步的，所述的步骤1中，所述的衬底可以为高温高压合成或者化学气相沉积合成的单晶或者多晶金刚石衬底。所述的步骤2中，漂移层和过渡层是通过微波等离子体辅助化学气相沉积法、直流喷射化学气相沉积法或者热灯丝辅助化学气相沉积法形成。所述的步骤3中，所用的光刻胶为正性或负性光刻胶。所述的步骤4中，所述凹槽刻蚀为感应耦合等离子体(ICP)或反应离子刻蚀(RIE)。反应气体为Cl2、BCl3、O2或者其混合气体。所述的步骤5中，所述n型氧化镓的生长为电子束蒸发法、磁控溅射法或者热氧化法等。氧化镓是一种n型宽禁带半导体，临界击穿电场强度略低于金刚石。本专利技术引入n型氧化镓填充凹槽替代n型金刚石材料形成结势垒结构，结合氧化镓形成异质PN结倾斜台面终端结构提升器件性能。此外，由于金刚石材料中少数载流子本征寿命较短，空穴注入对反向恢复特性造成的退化不是很明显。本专利技术对氧化镓形成良好的欧姆接触制备异质结混合PN/肖特基二极管器件，其中PN结在正向偏置时导通提高器件电流及抗浪涌电流能力，反向偏置时形成耗尽区扩展边缘电场、提高器件耐压，实现良好正向导通特性及反向关态特性。综上，本专利技术有以下有益效果：本专利技术利用n型氧化镓填充凹槽避免选择区域形成n型掺杂金刚石面临的难题，低温磁控溅射获得的氧化镓材料禁带宽度及掺杂浓度可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其结构为，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其结构为，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。


2.根据权利要求1所述的一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其特征在于，所述的低阻p型金刚石衬底(1)为单晶金刚石或者多晶金刚石，硼掺杂浓度为1020cm-3。


3.根据权利要求1所述的一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其特征在于，所述的p型金刚石过渡层(2)为单层或者多层硼掺杂金刚石外延层，厚度为10nm～50μm，硼掺杂浓度为1015～1020cm-3。


4.根据权利要求1所述的一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其特征在于，所述的金刚石漂移层(3)为单层或者多层非故意掺杂金刚石外延层，厚度为10nm～50μm，硼掺杂浓度为1012～1016cm-3。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柳暗，王启亮，成绍恒，李红东，
申请(专利权)人：中山大学，吉林大学，
类型：发明
国别省市：广东;44