[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

说明书

本发明公开了一种高耐压低导通电阻的鳍式氧化镓PN二极管及制备方法，主要解决现有同类器件击穿电压低、导通电阻大的问题。其自下而上包括：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)，该氧化镓外延层上刻蚀多个沟槽形成鳍型结构(6)，该半导体层采用p型半导体材料，且完全沉积在鳍型结构的外部，使其与氧化镓外延层形成PN结二极管；该氧化镓衬底的001晶向与鳍型结构的朝向之间设有20°～60°的夹角，通过改变夹角，提高器件的击穿电压；该氧化镓外延层的掺杂载流子浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^‑3，掺杂离子为Si。本发明具有击穿电压高、导通电阻小的优点，可用于高耐压大功率电力电子系统。

技术领域

本发明属于宽禁带半导体领域，具体涉及一种鳍式氧化镓PN二极管，可用于制作高耐压大功率电力电子系统。

背景技术

Ga₂O₃材料具有～4.9eV宽的禁带宽度，因此基于其研制的半导体器件具有击穿电场高的特点，在高工作电压电力电子器件方面具有巨大的应用优势。Ga₂O₃功率半导体器件作为一种非常有潜力的半导体元件，在电路中起到整流、放大、开关的作用，未来可以应用到各种设备的电源、驱动负载以及电子设备的脉冲功率调节系统，在新能源、轨道交通、航空航天领域具有重要的潜在应用价值。空间电推进及电能管理领域对与高性能电力电子器件提出了巨大的需求，氧化镓器件正是满足这一需求的重要选择。

二极管是Ga₂O₃电子电力器件主要研究内容之一，在高耐压大功率应用领域，功率二极管器件发挥着至关重要的作用。随着科技的不断进步，对二极管的各方面性能也提出了更高的要求，尤其是反向击穿电压与导通电阻越来越高的要求。二极管器件的反向击穿电压与导通电阻的高低直接影响着器件在实际中的应用。目前氧化镓功率器件通常需要采用适当的终端结构，以减小半导体边缘和表面的电场，从而提高器件的击穿电压。常用的终端技术包括金属场板、场限环、场板与场限环相结合、浮空金属环、沟槽和斜角结构。这些技术在提高器件击穿电压的同时，也带来器件某些性能参数的退化，如导通电阻变大。

图1给出了一种传统的垂直沟槽-MIS结构的氧化镓肖特基二极管，该器件最底层是阴极金属，阴极金属上方为001晶向的氧化镓衬底，在氧化镓衬底上方是n型氧化镓外延层，在n型氧化镓外延层上进行沟槽刻蚀形成沟槽结构，在n型氧化镓外延层上方沉积有100nm厚的Al₂O₃，并在凸起部分的上方开设肖特基接触窗口，使其与Al₂O₃的上方为阳极金属形成肖特基接触。虽然该器件具有高达900V的击穿电压，但是其导通电阻低于传统的氧化镓二极管，不能满足未来电力电子器件的工作同时需要高的击穿电压和低的导通电阻的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提供一种高耐压低导通电阻的鳍式氧化镓PN二极管及制备方法，以满足未来电力电子器件的工作要求。

实现本发明目的的下技术方案如下：

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、氧化镓衬底、n型氧化镓外延层、半导体层、阳极，该n型氧化镓外延层上刻蚀多个沟槽形成鳍型结构，其特征在于：

所述半导体层，采用p型半导体材料，且完全沉积在鳍型结构的外部，使其与n型氧化镓外延层形成PN二极管。

所述氧化镓衬底的001晶向与鳍型结构的朝向之间设有20°～60°的夹角，通过改变夹角，提高器件的击穿电压降的同时低导通电阻。

所述鳍型结构的朝向为垂直于器件横截面的方向；

进一步，所述的半导体层采用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。