[发明专利]一种金刚石肖特基二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种金刚石肖特基二极管及其制作方法。

背景技术

金刚石由碳原子组成，属于立方晶系，其结构是布拉维格子为面心立方的复式格子。其高禁带宽度(5.5eV)、高击穿场强(10MV/cm)、高电子和空穴迁移率(4500cm^2/(V·s)和3800cm²/(V·s))和高热导率(22W/(mm·K))，使金刚石在高频、高效、大功率、高温领域如电力能源电子学、信息电子学、环境电子学等方面有着广泛的应用前景。并且随着微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术的发展，用金刚石制成的半导体器件越来越多，其性能也越来越好。相对于Si、SiC、GaN、GaAs等半导体器件有无法比拟的优势。近年来，随着航空航天，电力机车，电动汽车，直流高压传送等方面的广泛发展，对半导体功率转换器件提出了高耐压、大电流、高效率、低损耗、耐高温等方面的要求，现有的半导体材料由于其内禀特性逐渐显露出了在击穿场强、自热效应，电流密度等方面无法满足功率器件要求致命弱点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金刚石肖特基二极管及其制作方法，该金刚石肖特基二极管提高了击穿场强、降低反向漏电流，改善了金刚石肖特基二极管的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，包括依次层叠设置的欧姆电极、P型高掺杂金刚石衬底、漂移层和肖特基电极，肖特基电极为单一铪层结构、或底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构。

进一步的，肖特基电极中，其它金属层为由钛、镍、铂或金形成的单一金属层；或者其它金属层为由钛、镍、铂和金中的一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。

进一步的，肖特基电极设置为场板结构，且场板结构中介质层为一种或多种材料。

进一步的，欧姆电极为单一金属层或复合层，其中，单一金属层由钯、钛、金、镍和铂中的一种沉积形成，复合层为由钯、钛、金、镍和铂中一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。

进一步的，P型高掺杂金刚石衬底中硼原子的含量为N_A>10¹⁹cm^-3。

进一步的，漂移层为P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层，其中P型低掺杂金刚石层中硼原子的含量为N_A<10¹⁷cm^-3。

进一步的，金刚石肖特基二极管经过退火处理。

本发明还提供了上述金刚石肖特基二极管的制作方法，其特征在于，该方法包括以下：

首先，在P型高掺杂金刚石衬底上外延生长一层P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层作为漂移层；

然后，在漂移层上表面沉积形成肖特基电极，肖特基电极为单一铪层结构、或包括底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构；在P型高掺杂金刚石衬底下表面沉积金属，形成欧姆电极。

进一步的，该方法还包括沉积形成肖特基电极和欧姆电极后的退火处理。

本发明一种金刚石肖特基二极管，由于铪的金属功函数较低(3.9eV),在与p型金刚石接触时形成的肖特基势垒高度要高于目前国际上已发表的锆(4.05eV)和钼(约4.6eV)等金属与金刚石接触形成的肖特基势垒高度，可以降低金刚石肖特基二极管的漏电流，改善了金刚石肖特基二极管的反向性能。

附图说明

图1是本发明中金刚石肖特基二极管的结构示意图；

图2是本发明实施例中P型高掺杂金刚石衬底的示意图；

图3是本发明实施例中在P型高掺杂金刚石衬底上外延一层P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层的示意图；

图4本发明实施例中在P型高掺杂金刚石衬底上沉积欧姆电极的示意图。

具体实施方式

金刚石肖特基二极管主要结构为金属电极和P型(硼掺杂)金刚石薄膜形成二极管，它的其中一个重要应用是高耐压，大电流，耐高温的大功率电力转换。目前金刚石的P型掺杂已经比较成熟，利用P型掺杂金刚石制作的金刚石肖特基二极管具有开启电压低、耐高温特性好、整流比大和开关速度快等优点。由于金刚石的击穿电场要远大于其它半导体，故而在同样耐压要求下，金刚石肖特基二极管可以做得更薄，导通电阻更小。并且由于其高的热导率可以有效的散热，稳定性更好。