一种垂直β-Ga2O3肖特基势垒二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种垂直β

【技术实现步骤摘要】
一种垂直
β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及肖特基二极管


技术介绍

[0002]β
‑
Ga2O3具有优越的物理特性，如超宽的禁带(4.5
‑
4.9eV)，高理论电场强度(8MV/cm)和高热稳定性。这些特性使β
‑
Ga2O3功率器件在高压、高温和辐照等极端环境下有应用场景。
[0003]但目前氧化镓尚未实现商业化，主要原因是现有结构的电学参数还远没有达到理论上氧化镓半导体的状态，如低导通电阻R
on,sp
,低泄漏电流和高击穿电压V
br
。
[0004]为了充分发挥β
‑
Ga2O3的优势来实现高击穿电压，可靠有效的边缘终端是必不可少的。场板、离子注入、沟槽MOS，以上边缘终端的一个或多个组合，已被用于降低器件边缘的电场聚集从而提高击穿电压。但是，离子注入边缘终端通常涉及未固化的晶体缺陷，这可能会导致过大的泄漏电流以及电荷俘获；而场板和沟槽MOS涉及介质层，带来了如TDDB的可靠性问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种带P
‑
NiO JTE终端的垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管。
[0006]为了解决上述至少部分技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0007]一种垂直β
‑<br/>Ga2O3肖特基势垒二极管，包括以下结构：
[0008]n型氧化镓衬底层；
[0009]n型氧化镓外延层，在所述n型氧化镓衬底层上；
[0010]p型NiO层，在所述n型氧化镓外延层上，是JTE区域；
[0011]阳极金属层，部分在所述n型氧化镓外延层上，部分在p型NiO层上，阳极金属与n型氧化镓外延层是肖特基接触；
[0012]阴极金属层，与n型氧化镓衬底层欧姆接触。
[0013]可选的，阳极金属层覆盖JTE区域的宽度范围为10～30μm。
[0014]可选的，所述p型NiO层的厚度范围为100
‑
300nm。
[0015]可选的，所述p型NiO层空穴浓度范围为：1
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
19
cm
‑3。
[0016]可选的，所述p型NiO层空穴浓度N
A
为1
×
10
17
cm
‑3。
[0017]可选的，所述p型NiO层的厚度为220nm。
[0018]可选的，阳极金属层覆盖JTE区域的宽度为20μm。
[0019]可选的，所述n型氧化镓外延层为硅掺杂为1
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
16
cm
‑3的氧化镓。
[0020]进一步提出一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管制作方法，包括以下步骤：
[0021]在n型氧化镓衬底上制备n型氧化镓外延层；
[0022]在n型氧化镓衬底背面制备阴极金属层，形成欧姆接触；
[0023]在n型氧化镓外延层上制备p型NiO层，构成JTE区域；
[0024]制作阳极金属层，阳极金属层的一部分覆盖在p型NiO层上，另一部分覆盖在氧化镓外延层上，阳极金属层与氧化镓外延层形成肖特基接触。
[0025]可选的，所述在n型氧化镓外延层上制备p型NiO层的方法，包括：
[0026]采用磁控溅射法或激光脉冲沉积法在n型氧化镓外延层上制备p型NiO层，通过改变O2/(Ar+O2)通量比控制p型NiO层的空穴浓度范围。本方案通过NiO的生长条件从而合理调节JTE区域的NiO空穴浓度，从而最大化的提高器件性能。
[0027]可选的，通过改变O2/(Ar+O2)通量比控制p型NiO层的空穴浓度范围为1
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
19
cm
‑3。
[0028]可选的，p型NiO层的空穴浓度控制方法包括：控制O2/(Ar+O2)通量比参数，通量比参数范围0％
‑
60％。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030]本专利技术提出一种带p
‑
NiO JTE的垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，阳极金属与氧化镓外延层形成肖特基接触，p型NiO层作为一种边缘终端，即所谓的JTE结构，用来削弱阳极金属与氧化镓形成的肖特基接触的边缘电场。由于氧化镓没有p型掺杂，只有n型掺杂，无法设计带有JTE结构的氧化镓肖特基二极管。因此，本方案采用另一种P型氧化物NiO应用于氧化镓肖特基二极管的边缘终端结构设计中。即使用了p型NiO(一氧化镍)与β
‑
Ga2O3形成异质结，有效解决了该问题。
[0031]本方案提出的带p
‑
NiO JTE的垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管在室温下不仅拥有低的导通电阻，也具备高的击穿电压；而且即使是在200℃的高温下，其性能也与目前其他先进二极管相当，表明了带p型NiO JTE的β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管在高效率，高鲁棒性和高温功率电子器件应用方面具有巨大潜力。
附图说明
[0032]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，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。
[0033]图1是带p
‑
NiO JTE的垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管的剖视图；
[0034]图2是带p
‑
NiO JTE的垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管的制备方法流程图；
[0035]图3是JTE中不同空穴浓度的SBD的I
‑
V特性图；
[0036]其中，(a)，是Ref
‑
SBD，0％
‑
SBD和60％
‑
HJD的正向特性图；(b)，是Ref
‑
SBD，0％
‑
SBD和60％
‑
HJD的正向I
‑
V特性图；(c)是Ref
‑
SBD，0％
‑
SBD和60％
‑
HJD的反向I
‑
V特性图；
[0037]图4是JTE中不同空穴浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，包括以下结构：n型氧化镓衬底层；n型氧化镓外延层，在所述n型氧化镓衬底层上；p型NiO层，在所述n型氧化镓外延层上；阳极金属层，阳极金属层的一部分在所述n型氧化镓外延层上，另一部分在p型NiO层上，阳极金属与n型氧化镓外延层是肖特基接触；阴极金属层，与n型氧化镓衬底层欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，阳极金属层覆盖p型NiO层的宽度范围为10～30μm。3.根据权利要求1或2所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，所述p型NiO层的厚度范围为100
‑
300nm。4.根据权利要求1或2所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，所述p型NiO层空穴浓度范围为：1
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
19
cm
‑3。5.根据权利要求1所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，所述p型NiO层空穴浓度N
A
为1
×
10
17
cm
‑3。6.根据权利要求1或2所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，所述p型NiO层的厚度为220nm。7.根据权利要求1或2所述的一种垂直β
‑
Ga2O3肖特基势垒二极管，其特征在于，阳极金属层覆盖p型NiO层的宽度为20μm。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光伟，郝伟兵，文俊棚，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：