[发明专利]基于n型氧化镓-p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于n型氧化镓‑p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法。肖特基二极管包括n型氧化镓衬底、n型氧化镓外延层、p型金刚石结区、阳极、绝缘介质和阴极；阴极、n型氧化镓衬底、n型氧化镓外延层依次层叠；p型金刚石结区分布在n型氧化镓外延层的表层中，形成终端结构；阳极位于n型氧化镓外延层上，且其两个端部分别与p型金刚石结区部分交叠；绝缘介质位于n型氧化镓外延层上，且与阳极的两端相接触。该二极管改善了氧化镓基肖特基势垒二极管反向偏压低、反向漏电流大、热效应明显、以及异质肖特基结附近电场集中效应等问题，获得了更大的功率容量以及较高的器件可靠性。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种基于n型氧化镓-p型金刚石的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逾数十年，新型功率器件以及相关半导体材料研究不断推进功率器件向高电压、大电场、低功耗方向发展。半导体材料的应用已经从第一代以硅为主的半导体逐渐转变为包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga₂O₃)以及金刚石等第三代半导体材料。

与前两代半导体相比，Ga₂O₃材料拥有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更大的击穿场强等优点；其中β-Ga₂O₃的禁带宽度约为4.9eV，理论击穿场强可以达到8MeV/cm，加上其拥有良好的导电性能、发光特性以及稳定的物理化学性质，非常适合制作高压功率电力电子器件。然而，目前关于商用的氧化镓材料β-Ga₂O₃的研究主要集中在材料的生长，β-Ga₂O₃材料具有很高的空穴有效质量，极易引入氧空位与缺陷等施主能级，所以即便未掺杂的氧化镓材料也会呈现n型材料的导电特性，因此高质量的p型Ga₂O₃的制备依然相当困难。

肖特基二极管作为一种理想的功率半导体器件，要求器件具有良好的静态以及动态特性；在关断时能承受高电压；在导通时具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态转换时，具有开关时间短、低的开关功耗，并具有全控功能。目前，GaN和SiC材料制备的肖特基二极管已得到大规模的使用，工艺水平已经相当成熟。而Ga₂O₃具有更优良的特性，理论上可以制作出性能更加优异的肖特基二极管SBD。在应用方面，Ga₂O₃的SBD可以在功放、变频器等系统中作为关键器件，也可以组成模块应用于电路中，很大程度地提高电能转化效率，并且会减小电路的面积，提高集成度，降低制备成本。

但是，目前关于商用的氧化镓材料β-Ga₂O₃的研究主要集中在材料的生长，β-Ga₂O₃材料具有很高的空穴有效质量，极易引入氧空位与缺陷等施主能级，所以即便未掺杂的氧化镓材料也会呈现n型材料的导电特性，因此高质量的p型Ga₂O₃的制备依然相当困难。同时，受限于肖特基势垒二极管势垒高度低、反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以其反向击穿电压比较低、反向漏电流大，反向漏电流会随着温度的上升而急剧增大，SBD的导热性差也使得器件可靠性在更为严苛的环境中降低。

综上，目前氧化镓肖特基二极管存在反向偏压低、反向漏电大、热效应明显以及p型材料难以制备的问题，从而导致器件的可靠性降低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于n型氧化镓-p型金刚石的肖特基二极管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于n型氧化镓-p型金刚石的肖特基二极管，包括：n型氧化镓衬底、n型氧化镓外延层、p型金刚石结区、阳极、绝缘介质和阴极，其中，

所述阴极、所述n型氧化镓衬底、所述n型氧化镓外延层依次层叠；