[發(fā)明專利]一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910421034.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110085681A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧星;王鋼;裴艷麗;陳梓敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861;H01L29/267;H01L29/06;H01L21/34
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)海心聯(lián)合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為;冼俊鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管及其制備方法，涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中氧化鎵基的二極管存在反向漏電流大、擊穿電壓低和可靠性差等不足的問(wèn)題，提出在n型摻雜氧化鎵耐壓層和陽(yáng)極電極之間設(shè)置p型氧化物半導(dǎo)體層。通過(guò)采用非晶或多晶的p型氧化物半導(dǎo)體層與單晶的n型摻雜氧化鎵耐壓層形成異質(zhì)PN結(jié)，在充分發(fā)揮單晶氧化鎵材料高耐壓優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，利用了非晶或多晶的p型氧化物半導(dǎo)體層空穴濃度高的優(yōu)點(diǎn)，巧妙的規(guī)避了氧化鎵材料的p型摻雜難題。實(shí)現(xiàn)的二極管器件具有反向漏電流低、耐壓高和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，且制備工藝簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管及其制備方法。

背景技術(shù)

氧化鎵(Ga₂O₃)半導(dǎo)體具有高達(dá)4.8eV的超寬禁帶和8MV/cm的超大擊穿場(chǎng)強(qiáng)，而且可通過(guò)低成本的熔融生長(zhǎng)法制得大尺寸單晶襯底，是制備超大功率電力電子器件的理想材料。然而，目前Ga₂O₃材料的p型摻雜尚無(wú)可靠方法實(shí)現(xiàn)，所以無(wú)法制備傳統(tǒng)的基于雙極型PN結(jié)結(jié)構(gòu)的功率器件，現(xiàn)有的氧化鎵基二極管多采用單極型肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)文獻(xiàn)K.Konishi,et al.,1-kV vertical Ga₂O₃ field-plated Schottky barrier diodes，Applied Physics Letters 110(10),103506,2017和中國(guó)專利CN 106876484A)。相比于雙極型PN結(jié)二極管器件而言，單極型肖特基勢(shì)壘二極管存在反向漏電流大、擊穿電壓低和可靠性差等不足，因而如何實(shí)現(xiàn)氧化鎵基 PN結(jié)二極管成為當(dāng)前業(yè)界亟待解決的重點(diǎn)難題之一。現(xiàn)有技術(shù)中的氧化鎵基二極管是陽(yáng)極電極與n型摻雜的基底肖特基連接。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)器件的低反向漏電流，高耐壓和高可靠性。

本發(fā)明所述的一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管，包括依次層疊連接的陰極電極、n型摻雜氧化鎵襯底、n型摻雜氧化鎵耐壓層，還包括陽(yáng)極電極，p型氧化物半導(dǎo)體層，所述的p型氧化物半導(dǎo)體層一側(cè)與n型摻雜氧化鎵耐壓層層疊連接，另一側(cè)與陽(yáng)極電極層疊連接，所述的p型氧化物半導(dǎo)體層和n型摻雜氧化鎵耐壓層組成PN結(jié)。

優(yōu)選地，所述p型氧化物半導(dǎo)體層為非晶或多晶結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述p型氧化物半導(dǎo)體層的空穴濃度為1×10¹⁷/cm³～1×10²⁰/cm³。

優(yōu)選地，所述n型摻雜氧化鎵耐壓層為單晶結(jié)構(gòu)，摻雜濃度為5×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。

優(yōu)選地，所述n型摻雜氧化鎵耐壓層的厚度為2μm～5mm。

優(yōu)選地，所述n型摻雜氧化鎵襯底的摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3至1×10²⁰cm^-3。

優(yōu)選地，所述陰極電極與n型摻雜氧化鎵襯底為歐姆接觸；所述陽(yáng)極電極與p 型氧化物半導(dǎo)體層為歐姆接觸。

一種氧化鎵基異質(zhì)PN結(jié)二極管的制備方法，包括制作n型摻雜的氧化鎵基晶圓片的步驟、在n型摻雜的氧化鎵基晶圓片上形成異質(zhì)PN結(jié)的步驟、以及制作電極的步驟；所述在n型摻雜的氧化鎵基晶圓片上形成異質(zhì)PN結(jié)的步驟為：在n型摻雜的氧化鎵基晶圓片上沉積p型氧化物半導(dǎo)體層，使p型氧化物半導(dǎo)體層與n型摻雜的氧化鎵基晶圓片形成PN結(jié)。