一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法，属于功率半导体器件领域。该二极管为垂直结构，包括阳极金属接触区、P型NiO材料层、N

【技术实现步骤摘要】
一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法


[0001]本专利技术属于功率半导体器件领域，涉及一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法。

技术介绍

[0002]超宽禁带半导体氧化镓(Ga2O3)材料拥有的4.5
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4.9eV的禁带宽度，高达8MV/cm的临界击穿电场以及数倍于GaN材料的巴利伽优值(BFOM)，给高功率、高能效半导体器件的发展注入了强劲动力，迅速成为了研究热点。目前得益于大尺寸和高质量的Ga2O3单晶衬底生长工艺的逐渐成熟，使得Ga2O3材料成为研究新一代超宽禁带功率半导体器件的重要材料之一。
[0003]异质结功率二极管(Heterojunction Power Diode,HJD)是一种PiN型二极管，由于目前Ga2O3材料在工艺制备上没有P型离子注入工艺，所以无法实现P型Ga2O3材料的掺杂，只能够通过构建P
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N异质结的方式实现双极性器件。通过研究表明，NiO材料是目前替代P型Ga2O3材料的最佳材料之选，所以制备高质量的NiO/β
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Ga2O
3 p
‑
n异质结是提升Ga2O3功率二极管性能的关键工作。和肖特基二极管相比，具有高击穿电压、低反向漏电和高电流输出密度等优点，被广泛应用于电力转换、新能源设备和各类消费电子领域，是电子电力系统最基本的核心器件。
[0004]随着技术的不断发展，市场对大功率、低功耗的功率二极管的需求不断增加，Ga2O3因其优秀的材料特性获得了广泛关注。目前NiO/β
‑
Ga2O
3 p
‑
n异质结二极管的制备是材料磁控溅射工艺制备所需要的P型NiO层，其厚度在100nm以上，且为了提升击穿电压采用的双层P型层设计使得器件的导通电阻巨幅提升，最终导致器件的性能表现不佳。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法，基于垂直结构PiN型二极管，采用氧化工艺制备Ga2O3异质结二极管中的P型NiO层，降低P型层厚度在保证高击穿电压的同时提升器件的导通电阻、反向漏电流、耐高温等特性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]方案一：一种低漏电耐高温NiO/β
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Ga2O
3 p
‑
n异质结二极管，包括阳极金属接触区1、P型NiO材料层2、N
‑
漂移区3、N+衬底4、阴极金属接触区5和绝缘层6。
[0008]阳极金属接触区1位于器件的最上方，其下表面与P型NiO材料层2上表面接触，侧面与绝缘层6右表面接触；P型NiO材料层2下表面与N
‑
漂移区3上表面接触，其上表面与绝缘层6下表面接触；N
‑
漂移区3下表面与N+衬底4上表面接触；N+衬底4下表面与阴极金属接触区5上表面接触；阴极金属接触区5位于器件最下层。
[0009]可选的，阳极金属接触区1形状包括但不限于圆形、方形、条形中的一种或几种。
[0010]可选的，阳极金属接触区1采用的材料包括但不限于Au/Ni金属合金。阴极金属接触区5采用的材料包括但不限于Au/Ti金属合金。
[0011]可选的，所述P型NiO材料层2采用高温氧化工艺制备，具体制备方法为：先在N
‑
漂移区3上采用蒸镀法蒸镀一层金属Ni，然后在氧气环境中加热400摄氏度进行高温氧化，氧化时间为20分钟。霍尔测定确定其掺入杂质浓度为1.33
×
10
19
cm
‑3。
[0012]可选的，所述绝缘层6采用SiN、AlN、MgO、Ga2O3、AlHfO
x
及HfSiON中的一种或者几种的组合。
[0013]可选的，N
‑
漂移区3生长厚度为6μm，其掺入(n型)杂质浓度为2
×
10
16
cm
‑3。
[0014]可选的，N+衬底4掺入(n型)杂质浓度为1.5
×
10
19
cm
‑3。
[0015]可选的，该二极管结构适用于混合整流二极管(MPS)。
[0016]方案二：一种低漏电耐高温NiO/β
‑
Ga2O
3 p
‑
n异质结二极管的制备方法，具体包括以下步骤：
[0017](1)在400摄氏度高纯氮气环境下，衬底材料底部淀积30nm/150nm Ti/Au金属电极作为器件统一的阴极，快速火1分钟；
[0018](2)利用化学气相沉积方法在衬底表面生长6μm的外延层，随后掺入n型杂质；
[0019](3)在外延层表面沉积10nm的Ni金属，随后在400摄氏度高温下氧气环境中氧化20分钟制备NiO；
[0020](4)在NiO表面淀积200nm/150nm Ni/Au制备金属阳极；
[0021](5)对没有电极覆盖的NiO表面沉积绝缘层进行钝化处理。
[0022]可选的，该制备方法适用于制备含异质结的Ga2O3基二极管器件。
[0023]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于垂直结构Ga2O3异质结功率二极管，采用高温氧化工艺制备P型NiO层薄层，综合提升了器件导通电阻、提升击穿电压、高温下低漏电流等特性。
[0024]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0026]图1为实施例1的NiO/β
‑
Ga2O
3 p
‑
n异质结二极管纵向结构示意图；
[0027]图2为实施例1的NiO/β
‑
Ga2O
3 p
‑
n异质结二极管SEM俯视结构示意图；
[0028]图3为实施例1二极管正向输出特性测试曲线示意图；
[0029]图4为实施例1二极管反向击穿特性测试曲线示意图；
[0030]图5为实施例1多个器件反向漏电流示意图；
[0031]图6为实施例1二极管开启电压和导通电阻随温度变化的示意图；
[0032]图7为实施例1二极管在100V反向偏压下不同温度的反向漏电流曲线示意图；
[0033]图8为实施案例1的主要工艺流程示意图；
[0034]附图标记：1
‑
阳极金属接触区、2
‑
P型NiO材料层、3
‑
N
‑
漂移区、4
‑
N+衬底、5<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管，其特征在于，包括阳极金属接触区(1)、P型NiO材料层(2)、N
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漂移区(3)、N+衬底(4)、阴极金属接触区(5)和绝缘层(6)；所述阳极金属接触区(1)位于器件的最上方，其下表面与P型NiO材料层(2)上表面接触，侧面与绝缘层(6)右表面接触；所述P型NiO材料层(2)下表面与N
‑
漂移区(3)上表面接触，其上表面与绝缘层(6)下表面接触；所述N
‑
漂移区(3)下表面与N+衬底(4)上表面接触；所述N+衬底(4)下表面与阴极金属接触区(5)上表面接触；所述阴极金属接触区(5)位于器件最下层。2.根据权利要求1所述的低漏电耐高温氧化镓异质结二极管，其特征在于，所述阳极金属接触区(1)形状包括圆形、方形、条形中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的低漏电耐高温氧化镓异质结二极管，其特征在于，所述阳极金属接触区(1)采用Au/Ni金属合金；所述阴极金属接触区(5)采用Au/Ti金属合金。4.根据权利要求1所述的低漏电耐高温氧化镓异质结二极管，其特征在于，所述P型NiO材料层(2)采用高温氧化工艺制备，具体制备方法为：先在N
‑
漂移区(3)上采用蒸镀法蒸镀一层金属Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄义，周科宏，王东升，杨稳，王琦，张红升，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：