【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于p型ga2o3的mosfet器件及其制备方法，属于半导体材料与器件。
技术介绍
1、ga2o3是一种具有4.6-4.9ev的超宽禁带半导体材料，理论击穿场强可达8mv/cm，理论上由近250cm2/v·s的电子迁移率，理论巴利加优值可达3444，能够同时获得高的击穿电压和转换效率，且能够通过成熟且低成本的熔融法获得高质量的大块衬底，因此ga2o3基器件是大功率器件的有力竞争者，也是今年来研究热点。
2、由于ga2o3材料很高电子亲合能，且能级结构中导带最小值较小，靠近费米能级，有利于天然施主缺陷的形成，容易实现n型掺杂，所以ga2o3材料可以实现具有较为理想电导率和电子迁移率的n型掺杂。目前ga2o3可以通过掺杂si、ge、sn、f、cl等原子实现1015—1019次方的有效n型掺杂，较为理想和成熟。但是ga2o3材料的p型掺杂却很难实现。由于ga2o3材料无活化能小的受主，较低的电子迁移率和受主溶解度，以及能级结构中价带最大值较小，远离费米能级，不利于天然施主缺陷的形成等原因，用ga2o3实现具有高迁移率的p型掺杂十分困难，而p型掺杂的缺失很大程度的限制了ga2o3器件的发展。
3、氧化镓功率器件目前主要包括二极管、三极管、mosfet等，其中二极管主要有肖特基二极管和异质结pn二极管。由于氧化镓尚未得到高迁移率的p型掺杂，所以目前主要使用其它p型半导体材料，如氧化镍、氧化铜、氧化锡与n型氧化镓结合成异质结。但得到的异质结通常迁移率与功率优值有限，氧化铜和氧化锡表现出相对较小的带隙和化
4、因此，亟需一种可以充分发挥ga2o3材料高击穿电压和高功率优值优点的ga2o3同质结mosfet器件。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于p型ga2o3的mosfet器件及其制备方法，本专利技术的基于p型ga2o3的mosfet器件耐压及功率优值高，并且损耗低。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于p型ga2o3的mosfet器件，其自下而上包括：源电极s、衬底层，漂移层、p型氧化镓层、二氧化硅层、漏电极d、栅电极g；在漂移层的两端内部分别设有p型ga2o3层，与n型低掺杂浓度β-ga2o3漂移层构成同质pn结。
4、根据本专利技术优选的，在漂移层的两端内部分别设有p型ga2o3层，提高了器件耐压，增加器件功率优值，降低器件功率损耗；栅电极g位于p型ga2o3层的上部，栅电极g与p型ga2o3层之间设置有薄sio2绝缘介质层；漏电极d位于栅电极g之间的ga2o3漂移层上；p型ga2o3层的上表面与β-ga2o3漂移层的上表面平齐。
5、根据本专利技术优选的，衬底层采用n型高浓度掺杂β-ga2o3材料，掺杂浓度为(1-5)1018cm-3，厚度为500-700μm。
6、根据本专利技术优选的，漂移层采用n型低浓度掺杂β-ga2o3材料，掺杂浓度为(1-5)1016cm-3，厚度为5-7μm。
7、根据本专利技术优选的，p型ga2o3层的空穴浓度为1016-1017cm-3，厚度为10nm-200nm。
8、根据本专利技术优选的，薄sio2绝缘介质层的厚度为1500-1700埃。
9、根据本专利技术优选的，源电极s为厚度40nm-70nm的钛或铬与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层。
10、根据本专利技术优选的，漏电极d为厚度40nm-70nm的钛或铬与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层。
11、根据本专利技术优选的，栅电极g为厚度40nm-80nm的镍与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层。
12、本专利技术的第二个目的是提供上述基于p型ga2o3的mosfet器件的制备方法。
13、基于p型ga2o3的mosfet器件的制备方法，包括步骤如下：
14、1)提供重掺杂氧化镓衬底，依次进行丙酮、异丙醇、去离子水清洗；
15、2)使用外延生长方法，在衬底上制备漂移层；
16、3)采用bcl3和ar作为刻蚀气体，使用等离子体刻蚀方法在漂移层上两端部进行刻蚀形成两端部凹槽缺失结构；
17、4)使用外延生长方法，在两端部凹槽缺失结构上生长10nm-200nm厚度的gan；
18、5)然后将步骤4)得到的器件置于n2、o2混合气体或n2o气体环境下高温氧化，温度为900-1100℃，高温氧化40-80min后，得到氮掺杂的p型氧化镓层，进一步抛光；
19、6)利用光刻技术，使用光刻胶进行制备源极图形；使用磁控溅射或电子束蒸发镀金属电极层，形成源极欧姆接触；然后惰性气氛下快速退火，形成源极欧姆电极；
20、7)利用光刻技术，使用光刻胶进行制备漏极图形；使用磁控溅射或电子束蒸发镀金属电极层，形成漏极欧姆接触；然后惰性气氛下快速退火，形成漏极欧姆电极；
21、8)利用光刻技术，使用光刻胶进行制备栅极图形；先使用热氧化法在漂移层和p型氧化镓上层制备薄sio2绝缘介质层，再使用磁控溅射或电子束蒸发镀金属电极层，形成栅极欧姆接触；然后惰性气氛下快速退火，形成栅极欧姆电极，制得mosfet器件。
22、根据本专利技术优选的，步骤4)中，在氧化镓(-201)或(100)面进行生长gan；依晶格失配度，在沟槽结构氧化镓(-201)面进行生长gan，得到的二极管较(100)面得到的性能更好。
23、根据本专利技术优选的，步骤5)中，依键能大小，在n2o气体中进行高温氧化，得到的二极管较n2、o2混合气体得到的性能更好。
24、根据本专利技术优选的，步骤6)、7)、8)，快速退火为在400-550℃的氮气或氩气环境中快速退火1min。
25、根据本专利技术优选的，步骤1)-5)顺序不可逆，步骤6)、7)、8)顺序可逆。
26、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
27、1.本专利技术由于采用n型ga2o3材料作为衬底和漂移层，并通过引入p型ga2o3材料，能够内形成同质ga2o3pn结，通过pn结的耗尽作用可有效抑制反向漏电，从而提高器件的耐压，使得器件的功率优值大幅增加，减少了器件的功率损耗。
28、2.本专利技术使用n2、o2混合气体或n2o气体环境下高温氧化氮化镓的方法制备了氮掺杂的p型氧化镓，弥补了现有缺乏p型ga2o3材料的不足，有望应用于更多ga2o3基功率器件中。
29、3.本专利技术，提出在n2o气体环境、氧化镓(-201)面上生长氮化镓、加薄sio2绝缘介质层等方法能够进一步增强器件性能，增加器件耐压，提高功率优值及减少损耗。
30、用于制备大功率氧化镓器件的一种基于p型ga2o3的mosfet器件及其制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其自下而上包括：源电极S、衬底层，漂移层、p型氧化镓层、二氧化硅层、漏电极D、栅电极G；在漂移层的两端内部分别设有p型Ga2O3层，与n型低掺杂浓度β-Ga2O3漂移层构成同质pn结。
2.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，在漂移层的两端内部分别设有p型Ga2O3层，提高了器件耐压，增加器件功率优值，降低器件功率损耗；栅电极G位于p型Ga2O3层的上部，栅电极G与p型Ga2O3层之间设置有薄SiO2绝缘介质层；漏电极D位于栅电极G之间的Ga2O3漂移层上；p型Ga2O3层的上表面与β-Ga2O3漂移层的上表面平齐。
3.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，衬底层采用n型高浓度掺杂β-Ga2O3材料，掺杂浓度为(1-5)1018cm-3，厚度为500-700μm。
4.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，漂移层采用n型低浓度掺杂β-Ga2O3材料，掺杂浓度为(1-5)1016cm-3，厚度为5-7μ
5.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，p型Ga2O3层的空穴浓度为1016-1017cm-3，厚度为10nm-200nm。
6.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，薄SiO2绝缘介质层的厚度为1500-1700埃。
7.根据权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件，其特征在于，源电极S为厚度40nm-70nm的钛或铬与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层，漏电极D为厚度40nm-70nm的钛或铬与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层，栅电极G为厚度40nm-80nm的镍与厚度80nm-150nm的金组成的金属电极层。
8.权利要求1所述的基于p型Ga2O3的MOSFET器件的制备方法，包括步骤如下：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，在氧化镓(-201)或(100)面进行生长GaN；依晶格失配度，在沟槽结构氧化镓(-201)面进行生长GaN，得到的二极管较(100)面得到的性能更好。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，依键能大小，在N2O气体中进行高温氧化，得到的二极管较N2、O2混合气体得到的性能更好，步骤6)、7)、8)，快速退火为在400-550℃的氮气或氩气环境中快速退火1min。
...【技术特征摘要】
1.一种基于p型ga2o3的mosfet器件，其自下而上包括：源电极s、衬底层，漂移层、p型氧化镓层、二氧化硅层、漏电极d、栅电极g；在漂移层的两端内部分别设有p型ga2o3层，与n型低掺杂浓度β-ga2o3漂移层构成同质pn结。
2.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的mosfet器件，其特征在于，在漂移层的两端内部分别设有p型ga2o3层，提高了器件耐压，增加器件功率优值，降低器件功率损耗；栅电极g位于p型ga2o3层的上部，栅电极g与p型ga2o3层之间设置有薄sio2绝缘介质层；漏电极d位于栅电极g之间的ga2o3漂移层上；p型ga2o3层的上表面与β-ga2o3漂移层的上表面平齐。
3.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的mosfet器件，其特征在于，衬底层采用n型高浓度掺杂β-ga2o3材料，掺杂浓度为(1-5)1018cm-3，厚度为500-700μm。
4.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的mosfet器件，其特征在于，漂移层采用n型低浓度掺杂β-ga2o3材料，掺杂浓度为(1-5)1016cm-3，厚度为5-7μm。
5.根据权利要求1所述的基于p型ga2o3的mosfet器件，其特征在于，p型ga2o3层的空穴浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾志泰，赵昊，穆文祥，陶绪堂，
申请(专利权)人：山东省工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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