[发明专利]一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法

说明书

本发明的一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法，属于半导体功率器件的技术领域。其结构为，在低阻p型金刚石衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。本发明利用n型氧化镓填充凹槽避免选择区域形成n型掺杂金刚石面临的难题，同时在优化倾斜角度的台面上生长氧化镓形成异质PN结型混合终端结构，终端处的PN结在正向偏置时导通提高器件电流及抗浪涌能力，反向偏置时形成耗尽区缓解边缘电场集中。

技术领域

本发明属于半导体功率器件的技术领域，更具体地，涉及一种纵向导通型异质结倾斜台面金刚石混合PN/肖特基二极管的制备方法。

背景技术

纵向导通型金刚石器件在保持器件尺寸不变时可以通过改变漂移层厚度提升耐压，缓解横向器件中栅极边缘电场集边效应导致的提前击穿。纵向器件的电场尖峰位置远离器件表面，有效抑制陷阱态的作用而降低动态导通电阻。与横向器件相比电流沿纵向方向流出可以承受更高的功率密度。电场分布相对更均匀，电流分布可以更扩展，从而比横向器件具有更优良的散热特性。

纵向导通型金刚石功率二极管主要有肖特基结(SBD)和PN结(PND)二极管两种基本类型。对SBD器件而言，通常选择肖特基势垒高度相对较小的金属作为电极以获得相对较低的正向导通电压(1V)，但是会导致器件关态漏电流较大，需要借助终端结构实现高关态耐压。相比于SBD二极管，PND器件更容易获得低关态漏电流、高耐压特性，但是器件导通电压在3V以上。因此，需要探究新型的二极管器件结构实现正向导通和反向关断性能之间的平衡。目前学界实现高性能纵向导通SBD的技术路线主要有离子注入结终端、倾斜台面终端、沟槽型MIS结构肖特基二极管及结型势垒肖特基二极管四种结构。

结型势垒肖特基二极管通过在p型半导体表面选择性形成具有一定深度的一系列n型掺杂区域。肖特基接触区域在较低的阳极正偏压时进行导通。当器件处于关态时，PN结提供的横向耗尽区可以将肖特基接触夹断并将界面的电场尖峰转移至漂移层。更进一步，将JBS结构中n型区域顶部的阳极金属与其形成欧姆接触时可以获得混合PN/肖特基二极管(MPS)结构，在正向电压达到一定程度时会实现PN结的二次导通，器件可以承受大的浪涌电流。因此，JBS/MPS结构能结合SBD良好正向导通特性(低导通电压)及PND反向关态特性(低漏电流及高耐压)，是比较具有潜力的一种技术方案。但目前器件制备面临如下难题需业界共同面对与解决：

(1)难以选择性形成高结晶质量、掺杂浓度可控的n型掺杂区域。

由于金刚石材料禁带宽、原子密度高、材料硬度大等特性，氮掺杂原子只能形成非常深的施主能级(约Ec-1.7eV)。另一种替代的掺杂剂为磷原子形成非常深的施主能级(约Ec-0.57eV)导致在室温条件下不能充分激活掺杂剂。

(2)缺少JBS/MPS结构器件高效终端结构的系统研究。

现有的JBS/MPS结构器件主要采用场限环和场板结构相结合的方案来降低电极边缘电场保证器件的耐压。然而，由于金刚石材料体系缺少可靠的本征氧化物介质层，界面的缺陷态会导致可靠性问题。PN结倾斜台面终端与JBS/MPS器件工艺兼容且能高效调控耐压性能。但是由于n型金刚石难以选择性生长，在纵向导通器件中尚未系统研究。

发明内容

本发明的目的在于，克服背景技术存在的问题，提供一种异质结倾斜台面金刚石混合PN/肖特基二极管及其制备方法。

具体技术方案如下：

一种金刚石倾斜台面异质结二极管，其结构为，在低阻p型金刚石衬底(1)的正面依次有p型金刚石过渡层(2)、金刚石漂移层(3)、倾斜台面(4)、凹槽结构(5)、n型氧化镓层(6)、肖特基接触电极(8)，在低阻p型金刚石单晶衬底(1)的背面有欧姆接触电极(7)。