【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率半导体器件领域，尤其涉及一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件。
技术介绍
1、氧化镓(ga2o3)半导体相较于传统的窄禁带半导体材料硅(si)、砷化镓(gaas)以及宽禁带半导体材料氮化镓(gan)、碳化硅(sic)等而言，具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场、耐高温、抗辐照等优异特性，为满足现代社会在能源、军工、航空等领域对高频、大功率、高性能、低损耗电子器件的迫切需求，亟需研究和开发性能更为优异的超宽禁带半导体氧化镓(ga2o3)。
2、氧化镓半导体材料容易实现n型掺杂，可用于制备高性能的n型场效应管，然而该材料无法实现p型掺杂，难以制备增强型氧化镓功率器件。目前，增强型氧化镓功率器件需要通过减小沟道浓度、减薄沟道厚度、栅极区域刻蚀等技术来实现，这会导致其电流能力下降，不利于制备高电流密度的增强型氧化镓功率器件。
3、氧化镍和氧化铜半导体材料可以通过控制工艺生长条件来实现高浓度的p型掺杂，p型氧化镍或p型氧化铜可用作氧化镓功率器件的栅极介质，从而提高器件的阈值电压与击穿电压，但会导致电流密度进一步下降。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对氧化镓功率器件在实际应用的上述问题，本专利技术提供一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其具备高电流密度、高阈值电压以及高击穿电压。
2、技术方案：本专利技术的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，包括：氧化镓半绝缘衬底层，所述氧化镓半绝缘衬底层上设有第一氧化镓外延层，所述第一氧
3、进一步的，所述第一氧化镓高掺区是在第一氧化镓外延层的上表面通过si离子注入工艺制备，第一氧化镓高掺区表面峰值浓度范围为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为10-100nm，所述第一氧化镓高掺区是超薄电子沟道，能够提高增强型氧化镓功率器件的阈值电压和电流密度。
4、进一步的，所述第二氧化镓高掺区和第三氧化镓高掺区是在第二氧化镓外延层的上表面通过si离子注入工艺制备，第二氧化镓高掺区和第三氧化镓高掺区表面峰值浓度范围为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为50-200nm。
5、进一步的，所述p型半导体层材质为nio或cu2o半导体材料，浓度范围为1×1019-1×1020cm-3，厚度范围为100nm-300nm。增强了器件的沟道夹断能力。
6、进一步的，所述氧化镓半绝缘衬底层为fe掺衬底，其厚度范围为0.1-1mm，所述第一氧化镓外延层为非故意掺杂，其厚度范围为100-500um，所述第二氧化镓外延层为n型轻掺杂，其浓度范围为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-500nm。
7、进一步的，所述金属源电极和金属漏电极分别与第二氧化镓高掺区和第三氧化镓高掺区形成欧姆接触，所述t型金属栅电极与p型半导体层形成肖特基接触。
8、进一步的，所述t型金属栅电极为pd、ni、pt、au、w金属材料的一种或多种组合，且具有相同的功函数。
9、进一步的，所述金属源电极与金属漏电极为ti、in、au金属材料的一种或多种组合，且具有相同的功函数。
10、进一步的，所述第一介质层为致密的栅氧化层，由al2o3或sio2制成，其厚度范围为20-50nm。
11、进一步的，所述第二介质层为表面钝化层，由sio2、al2o3、si3n4介质材料的一种或多种组合，其厚度范围为10um-100um。
12、本专利技术还公开一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
13、s1、在掺fe的氧化镓半绝缘衬底上通过mocvd或mbe外延非掺的第一氧化镓外延层；
14、s2、在第一氧化镓外延层的上表面通过低能离子注入工艺形成第一氧化镓高掺区，并在950℃n2氛围下热退火2-3min；
15、s3、在第一氧化镓外延层上外延轻掺杂的第二氧化镓外延层；
16、s4、在第二氧化镓外延层的上表面通过离子注入工艺形成第二氧化镓高掺区和第三氧化镓高掺区，并在950℃n2氛围下热退火30-40min；
17、s5、在第二氧化镓高掺区和第三氧化镓高掺区上制备欧姆接触型的金属源电极和金属漏电极，并在475℃n2氛围下退火1-1.5min；
18、s6、通过bcl3/cl2基的rie-icp干法刻蚀实现器件的台面隔离；
19、s7、通过干法刻蚀将第二氧化镓外延层间隔成两个区域；
20、s8、在器件的表面利用ald沉积第一介质层，随后通过干法刻蚀间隔区域底部的第一介质层；
21、s9、在间隔区域中通过磁控溅射制备p型高掺杂的氧化镍或氧化铜半导体层；
22、s10、在p型高掺杂的半导体层上方制备肖特基接触型的金属栅电极；
23、s11、在器件表面沉积第二介质层，制得增强型氧化镓功率器件。
24、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
25、(1)高电流密度。本专利技术器件得益于第一高掺杂区的超高浓度，提高了器件的电流能力，其转移特性如图9所示，在vds＝15v、vgs＝5v的条件下，本实施例的电流密度为300ma/mm，而传统增强型氧化镓功率器件的电流密度为50ma/mm，电流能力提升了5倍，因此本专利技术器件具有高电流密度。
26、(2)高阈值电压。本专利技术器件得益于第一高掺杂区的超薄厚度，使得电子沟道更容易被耗尽，提高了器件的沟道夹断能力，其转移特性如图9所示，在vds＝15v、ids＝1ma/mm的条件下，本实施例的阈值电压为1.5v，而传统增强型氧化镓功率器件的阈值电压为1v，阈值电压提升了50％，因此本专利技术器件具有高阈值电压。
27、(3)高击穿电压。本专利技术器件得益于第二氧化镓外延层的n型轻掺杂特性以及t型金属栅电极结构，提高了器件的击穿电压。
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1.一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，包括：氧化镓半绝缘衬底层(1)，所述氧化镓半绝缘衬底层(1)上设有第一氧化镓外延层(2)，所述第一氧化镓外延层(2)的上表面设有第一氧化镓高掺区(3)，所述第一氧化镓高掺区(3)上设有间隔的第二氧化镓外延层(4)，所述第二氧化镓外延层(4)的上表面设有第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)，所述第二氧化镓外延层(4)的间隔区域中设有P型半导体层(11)，所述第二氧化镓高掺区(5)上设有金属源电极(7)，所述第三氧化镓高掺区(6)上设有金属漏电极(8)，所述第二氧化镓外延层(4)上设有第一介质层(10)，所述第一介质层(10)间隔P型半导体层(11)和第二氧化镓外延层(4)，所述P型半导体层(11)与第一氧化镓高掺区(3)直接接触，所述P型半导体层(11)上设有T型金属栅电极(12)，所述氧化镓半绝缘衬底层(1)上表面的左右两端设有电学隔离区(9)，所述第一介质层(10)上表面设有第二介质层(13)。
2.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述第一氧化镓高掺区(3)
3.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)是在第二氧化镓外延层(4)的上表面通过Si离子注入工艺制备，第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)表面峰值浓度范围为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为50-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述P型半导体层(11)材质为NiO或Cu2O半导体材料，浓度范围为1×1019-1×1020cm-3，厚度范围为100nm-300nm。
5.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述氧化镓半绝缘衬底层(1)为Fe掺衬底，其厚度范围为0.1-1mm，所述第一氧化镓外延层(2)为非故意掺杂，其厚度范围为100-500um，所述第二氧化镓外延层(4)为N型轻掺杂，其浓度范围为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-500nm。
6.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述金属源电极(7)和金属漏电极(8)分别与第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)形成欧姆接触，所述T型金属栅电极(12)与P型半导体层(11)形成肖特基接触。
7.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述T型金属栅电极(12)为Pd、Ni、Pt、Au、W金属材料的一种或多种组合，且具有相同的功函数。
8.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述金属源电极(7)与金属漏电极(8)为Ti、In、Au金属材料的一种或多种组合，且具有相同的功函数。
9.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述第一介质层(10)为致密的栅氧化层，由Al2O3或SiO2制成，其厚度范围为20-50nm；所述第二介质层(13)为表面钝化层，由SiO2、Al2O3、Si3N4介质材料的一种或多种组合，其厚度范围为10um-100um。
10.一种根据权利要求1所述的具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，包括：氧化镓半绝缘衬底层(1)，所述氧化镓半绝缘衬底层(1)上设有第一氧化镓外延层(2)，所述第一氧化镓外延层(2)的上表面设有第一氧化镓高掺区(3)，所述第一氧化镓高掺区(3)上设有间隔的第二氧化镓外延层(4)，所述第二氧化镓外延层(4)的上表面设有第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)，所述第二氧化镓外延层(4)的间隔区域中设有p型半导体层(11)，所述第二氧化镓高掺区(5)上设有金属源电极(7)，所述第三氧化镓高掺区(6)上设有金属漏电极(8)，所述第二氧化镓外延层(4)上设有第一介质层(10)，所述第一介质层(10)间隔p型半导体层(11)和第二氧化镓外延层(4)，所述p型半导体层(11)与第一氧化镓高掺区(3)直接接触，所述p型半导体层(11)上设有t型金属栅电极(12)，所述氧化镓半绝缘衬底层(1)上表面的左右两端设有电学隔离区(9)，所述第一介质层(10)上表面设有第二介质层(13)。
2.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述第一氧化镓高掺区(3)是在第一氧化镓外延层(2)的上表面通过si离子注入工艺制备，第一氧化镓高掺区(3)表面峰值浓度范围为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为10-100nm，所述第一氧化镓高掺区(3)是超薄电子沟道。
3.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化镓功率器件，其特征在于，所述第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)是在第二氧化镓外延层(4)的上表面通过si离子注入工艺制备，第二氧化镓高掺区(5)和第三氧化镓高掺区(6)表面峰值浓度范围为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为50-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高电流密度的增强型氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斯扬，李明飞，李胜，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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