[发明专利]高耐压低导通电阻的鳍式氧化镓PN二极管及制备方法

权利要求书

1.一种高耐压低导通电阻的鳍式氧化镓PN二极管，自下而上包括：阴极(1)、氧化镓衬底(2)、n型氧化镓外延层(3)、半导体层(4)、阳极(5)，该n型氧化镓外延层上(3)刻蚀多个沟槽形成鳍型结构(6)，其特征在于：

所述半导体层(4)，采用p型半导体材料，且完全沉积在鳍型结构(6)的外部，使其与n型氧化镓外延层(3)形成PN结二极管；

所述鳍型结构(6)的朝向为垂直于器件横截面的方向；

所述氧化镓衬底(2)的001晶向与鳍型结构(6)的朝向之间设有20°～60°的夹角，通过改变夹角，提高器件的击穿电压。

2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：半导体层(4)采用的p型半导体材料，选用氧化镍、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡和氧化镓中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：阴极(1)采用Ti/Au双层金属，且靠近氧化镓衬底(2)的第一层Ti的厚度为10～30nm，第二层Au金属的厚度为250～400nm。

4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：氧化镓衬底(2)的厚度为400～650μm，有效掺杂载流子浓度为10¹⁸～10¹⁹cm^-3，掺杂离子种类为Si离子。

5.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：n型氧化镓外延层(3)的厚度为5～15μm，掺杂载流子浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^-3，掺杂离子种类为Si离子。

6.据权利要求1所述的二极管，其特征在于，PN结二极管阳极(5)采用Ni/Au双层金属，且第一层金属Ni的厚度为45～55nm，第二层金属Au的厚度为300～400nm。

7.一种高耐压低导通电阻的鳍式氧化镓PN二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对氧化镓衬底(2)依次进行丙酮-异丙醇-去离子水清洗；

2)采用氢化物气相外延技术在清洗后的氧化镓衬底(2)正面生长氧化镓外延层(3)；

3)在氩气气氛下采用磁控溅射在氧化镓衬底背面沉积欧姆Ti/Au金属形成阴极(1)，并对其进行欧姆退火处理；

4)在退火处理后的n型氧化镓外延层(3)上旋涂光刻胶，利用光刻技术在n型氧化镓外延层(3)的表面上光刻出与氧化镓衬底(2)的001晶向夹角为20°～60°的鳍型图案，再将其放置于牛津ICP反应腔体内；

5)向ICP反应腔体内通入流量为30～60sccm的BCl3的气体和10～20sccm的Cl2气体，在腔体压强为6～10mtorr，刻蚀功率为100～200W，刻蚀时间为150～250分钟的工艺参数下，对外延层氧化镓(3)表面进行电感耦合等离子体刻蚀以形成鳍型结构(6)；

6)将刻蚀出鳍型结构(6)的样件放置于磁控溅射反应腔体内，在腔内压强为8～10mTorr，环境为温度20～30℃，功率为100～200W，腔内氧气对氩气的占比为50％的工艺条件下，在鳍型结构(6)上进行磁控溅射沉积200～300分钟，形成厚度为90～110nm的半导体层(4)；

7)在半导体层(4)的正面上采用光刻工艺形成阳极图案，并根据阳极图案采用电子束蒸发的方法沉积Ni/Au金属并剥离形成阳极(5)，完成器件制作。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述步骤2)中采用氢化物气相外延技术在清洗后的氧化镓衬底(2)正面生长氧化镓外延层(3)，实现如下：

2a)在氢化物气相外延立式反应器的高温反应区中通入氨气，将氯化氢气体与高纯金属Ga在800～900℃温度下反应生成GaCl和GaCl3；

2b)将高温反应区中所生成的GaCl和GaCl3推入低温反应区，再把氧化镓衬底(2)正面朝上置于HVPE立式反应器低温反应区中，在500～650℃温度下使高温反应区产物GaCl、GaCl3与氧气发生反应，在氧化镓衬底(2)上生成n型氧化镓外延层(3)。