一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法，涉及氧化镓技术领域，包括：欧姆电极；肖特基电极；氧化镓衬底层，连接阴极；氧化镓外延层，连接阳极；其中，肖特基电极在外延层上表面，氧化镓外延层的中间部凸起，中间部周围凹陷，所述肖特基电极在氧化镓外延层中间部凸起的上表面。其在正向导通时，所有的电流只流经一个氧化镓圆台，即这个氧化镓圆台作为唯一的电流通路，不需要现有技术中的鳍型结构中的多个氧化镓高台并联，从而避免了单一高台对于整体器件性能的制约，极大提升了器件制备的成品率。成品率。成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体技术，尤其涉及一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]功率二极管多应用于功率控制、功率变换、储能等应用领域，其所不断追求的技术指标之一为更高的击穿电压。提高功率二极管的击穿电压，可以使功率二极管输出更高的功率，极大拓展功率二极管的应用范围。
[0003]氧化镓其关键特性参数相比于商用的硅、碳化硅和氮化镓功率半导体具有明显的优势，因此充分发挥氧化镓的理论参数优势，可以让氧化镓尽早进入应用市场。肖特基二极管是功率二极管的一种，具有开关速度快、工作频率高的优点；研制氧化镓肖特基二极管具备很大的市场应用前景。
[0004]当前氧化镓肖特基二极管的击穿电压仍有待提高，距离其理论性能还有较大差距；提高击穿电压的主要手段为引入各种终端结构，从而缓解电场集聚问题，降低峰值电场强度，各种终端结构也都是围绕着这一目标展开。现有提高氧化镓肖特基二极管的击穿电压的方法主要为场板终端和离子注入终端。因为氧化镓肖特基二极管的肖特基电极边缘存在电场集聚问题，因此需要终端结构来调节电场分布，降低峰值电场强度，缓解电场集聚问题，从而提升氧化镓肖特基二级管的击穿电压。
[0005]但是现有的几种方案仍然存在无法解决的问题，如场板终端的倾斜角度、介质层厚度、场板长度都需要精确控制，并且场板介质与氧化镓半导体之间的界面态较高，场板介质的质量十分依赖于生长工艺条件，导致器件的理论设计与实际效果有较大差异；而离子注入终端的工艺成本相对较高，且对于注入剂量、注入能量、注入深度需要精确控制；再者氧化镓属于超宽禁带半导体材料，注入较大深度所需的注入能量过高，会对氧化镓晶体结构造成破坏。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有技术的问题，提出了一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法。
[0007]具体的，一种氧化镓肖特基二极管，包括：
[0008]欧姆电极；
[0009]肖特基电极；
[0010]氧化镓衬底层，连接阴极；
[0011]氧化镓外延层，连接阳极；
[0012]其中，肖特基电极在外延层上表面，氧化镓外延层的中间部凸起，中间部周围凹陷，所述肖特基电极在氧化镓外延层中间部凸起的上表面。
[0013]可选的，氧化镓外延层包括位于氧化镓衬底层上表面的柱形结构，柱形结构的氧化镓外延层底面周围是暴露的氧化镓衬底层上表面。
[0014]可选的，氧化镓外延层包括中间凸起为柱形的第一部和凸起周围凹陷的第二部，所述第一部和所述第二部下表面连接氧化镓衬底层。
[0015]可选的，氧化镓外延层包括中间凸起为柱形的第一部以及第一部周围的第二部，第二部和第一部之间为凹槽。
[0016]可选的，氧化镓外延层的第一部的侧面和第二部的表面的衔接处为弧形。
[0017]可选的，氧化镓外延层侧壁和氧化镓衬底层上表面完全覆盖有介质层。
[0018]可选的，所述肖特基电极上表面部分覆盖有介质层。
[0019]可选的，所述介质层包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铪、钛酸锶和钛酸钡中的一种或多种复合叠层。
[0020]可选的，所述介质层外表面完全覆盖有光刻胶层，露出至少部分肖特基电极上表面。
[0021]可选的，所述氧化镓外延层侧壁或者表面为高阻层。
[0022]可选的，所述氧化镓外延层侧壁为阶梯型结构。
[0023]可选的，所述氧化镓外延层和肖特基电极之间的至少部分面积上连接有P型半导体层。
[0024]可选的，所述氧化镓衬底的厚度范围为100～1000微米，掺杂浓度范围为1
×
10
18
cm
‑3～1
×
10
20
cm
‑3；
[0025]所述外延氧化镓的厚度范围为1～25微米，掺杂浓度范围为1
×
10
15
cm
‑3‑1×
10
17
cm
‑3。
[0026]本专利技术还提出一种制备方法，包括以下步骤：
[0027]在高掺杂浓度的氧化镓衬底层上外延生长氧化镓外延层；
[0028]在氧化镓外延层表面制备肖特基电极层；
[0029]在肖特基电极层上表面制备刻蚀掩蔽层或以肖特基电极层为掩蔽层；
[0030]刻蚀肖特基电极层下方周围的氧化镓外延层，直至氧化镓外延层形成中间部凸起，中间部周围凹陷的结构，肖特基电极层位于中间部凸起上表面；
[0031]制备欧姆电极。
[0032]可选的，在氧化镓外延层形成中间部凸起，中间部周围凹陷的结构的步骤之后，还包括钝化修复工艺，其包括：
[0033](1)在氧化镓外延层、氧化镓衬底层，以及肖特基电极层的部分表面覆盖介质层；
[0034](2)在介质层上或在氧化镓外延层、氧化镓衬底层，以及肖特基电极层的部分表面覆盖光刻胶；
[0035](3)采用腐蚀方法修复表面；
[0036]以上任意一种或多种组合的修复方法。
[0037]本专利技术的有益效果：
[0038]本专利技术提出的氧化镓肖特基二极管，其在正向导通时，所有的电流只流经一个氧化镓圆台，即这个氧化镓圆台作为唯一的电流通路，不需要现有技术中的鳍型结构中的多个氧化镓高台并联，从而避免了单一高台对于整体器件性能的制约，极大提升了器件制备的成品率；
[0039]另一方面，本专利技术中的氧化镓圆台结构可以占据衬底的大部分区域，从而有效利
用衬底的面积，提高衬底面积的利用率，该结构更有利于工业生产。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，弥补文字上的表述限制，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是实施例1公开的氧化镓肖特基二极管的原理图；
[0042]图2是实施例1公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0043]图3是实施例2公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0044]图4是实施例3公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0045]图5是实施例4公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0046]图6是实施例5公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0047]图7是实施例6公开的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0048]图8是实施例7公开的覆盖有介质层的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0049]图9是实施例7公开的覆盖有介质层和光刻胶的氧化镓肖特基二极管结构示意图；
[0050]图10是不同氧化镓外延层不同刻蚀深度下的电场仿真图。
具体实施方式
[0051]下面结合本申请实施例中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓肖特基二极管，其特征在于，包括：欧姆电极；肖特基电极；氧化镓衬底层，连接阴极；氧化镓外延层，连接阳极；其中，肖特基电极在外延层上表面，氧化镓外延层的中间部凸起，中间部周围凹陷，所述肖特基电极在氧化镓外延层中间部凸起的上表面。2.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，氧化镓外延层包括位于氧化镓衬底层上表面的柱形结构，柱形结构的氧化镓外延层底面周围是暴露的氧化镓衬底层上表面。3.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，氧化镓外延层包括中间凸起为柱形的第一部和凸起周围凹陷的第二部，所述第一部和所述第二部下表面连接氧化镓衬底层。4.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，氧化镓外延层包括中间凸起为柱形的第一部以及第一部周围的第二部，第二部和第一部之间为凹槽。5.根据权利要求3所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，氧化镓外延层的第一部的侧面和第二部的表面的衔接处为弧形。6.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，氧化镓外延层侧壁和氧化镓衬底层上表面完全覆盖有介质层。7.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基电极上表面部分覆盖有介质层。8.根据权利要求1所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述介质层包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铪、钛酸锶和钛酸钡中的一种或多种复合叠层。9.根据权利要求6
‑
8任一所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述介质层外表面完全覆盖有光刻胶层，露出至少部分肖特基电极上表面。10.根据权利要求1
‑
8任一所述氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述氧化镓外延层侧壁或者表面为高阻层。11.根据权利要求1
‑
8任一所述氧化镓肖特基二极管，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光伟，韩照，菅光忠，赵晓龙，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：