[发明专利]基于氧化镓的结势垒肖特基二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，尤其是涉及一种基于氧化镓的结势垒肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

电力电子器件发展至今已有60多年的历史，新型功率器件以及相关半导体材料的研究，是推动技术不断进步的原动力。随着信息技术及电子电力系统的不断发展，市场对宽禁带半导体的需求越来越大，对于第一代半导体材料Si，Ge，第二代半导体材料GaAs，InP，以及第三代半导体材料SiC，GaN的不断普及与发展，在新能源、智能电网、电动汽车、高速列车、以及航空航天等领域都起到了关键作用。作为一种理想的功率半导体器件，要求其具有理想的静态和动态特性：在阻断状态下，能承受高电压；在导通状态，具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态和转换时，开关时间短，具有低的开关损耗，并具有全控功能。

目前应用最广泛的半导体硅材料，具有很多优点，包括其单质/氧化物界面容易获得，掺杂和扩散工艺较为成熟以及地球储量大、原料成本较低等，但是由于硅本身的电子和空穴迁移速度的限制，其在大功率半导体器件的应用受到局限；而作为第三代半导体代表的氮化镓材料，因其具有较宽的禁带宽度，较高的热导率，因此具有击穿电压高、工作承受的温度高以及抗辐射能力强等优点，是比较理想的大功率半导体材料，然而其制备工艺复杂，制备成本较高，难以实现量产。

因此对于目前大功率半导体器件的研究来说，需解决如下技术问题：在强电压、大电流的工作模式下，如何寻找到一种具有良好的开关频率特性的材料，其制备工艺简单、成本较低、可以与现有的半导体工艺接驳。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种基于氧化镓的结势垒肖特基二极管及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种基于氧化镓的结势垒肖特基二极管，包括：衬底100，由氧化镓材料制备；上漂移层201，形成于衬底的上侧，由氧化镓材料制备；n型掺杂区211，经由上漂移层201的氧化镓材料进行n型离子轻掺杂后获得；p-n结势垒210，形成于上漂移层201中，包含n型掺杂区211和p+离子掺杂区212，该p+离子掺杂区212是将p+离子注入所述n型掺杂区211而得到的；下漂移层202，形成于衬底的下侧，由氧化镓材料制备；n型掺杂区221，经由下漂移层202的氧化镓材料进行n型离子重掺杂后获得；肖特基接触电极300，与上漂移层201上表面的一部分相接触；氧化层500，形成于上漂移层201上表面，部分与肖特基接触电极300的外侧相切；以及金属欧姆接触电极400，与下漂移层202下表面接触。

在本发明的一实施例中，衬底100的材料为n型离子重掺杂的氧化镓材料，其掺杂浓度不小于1×10¹⁸/cm；n型掺杂区211的掺杂浓度介于1×10¹⁶/cm³～1×10¹⁷/cm³之间；p+离子掺杂区212的p+离子掺杂浓度介于1×10¹⁸/cm³～1×10²⁰/cm³之间；n型掺杂区221的掺杂浓度不小于1×10¹⁸/cm³。

在本发明的一实施例中，肖特基接触电极300包括：肖特基接触金属层301，与上漂移层201接触；粘附层302，形成于肖特基接触金属层301之上；以及阳极金属触点层303，形成于粘附层302之上。

在本发明的一实施例中，肖特基接触金属层301选用Pt；和/或粘附层302选用Ti；和/或阳极金属触点层303选用Au。

在本发明的一实施例中，金属欧姆接触电极400包括：欧姆接触电极401，与下漂移层202接触；以及背侧金属触点层402，与欧姆接触电极401接触。

在本发明的一实施例中，欧姆接触电极401选用Ti；和/或背侧金属触点层402选用Au。

在本发明的一实施例中，上漂移层201和下漂移层202的厚度均介于5μm～10μm之间；氧化层500选用禁带宽度大于氧化镓的材料；其厚度介于200nm～400nm之间。