[發明專利]一種低漏電耐高溫氧化鎵異質結二極管及制備方法

在審

• 申請號: 202210547499.2
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114927576A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 黃義;周科宏;王東升;楊穩;王琦;張紅升
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/267;H01L29/24;H01L21/34
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

本發明涉及一種低漏電耐高溫氧化鎵異質結二極管及制備方法，屬于功率半導體器件領域。該二極管為垂直結構，包括陽極金屬接觸區、P型NiO材料層、N?漂移區、N+襯底、陰極金屬接觸區和絕緣層。本發明基于垂直結構Ga₂O₃異質結功率二極管，采用高溫氧化工藝制備P型NiO層薄層，綜合提升器件導通電阻、提升擊穿電壓、高溫下低漏電流等特性。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件領域，涉及一種低漏電耐高溫氧化鎵異質結二極管及制備方法。

背景技術

超寬禁帶半導體氧化鎵(Ga₂O₃)材料擁有的4.5-4.9eV的禁帶寬度，高達8MV/cm的臨界擊穿電場以及數倍于GaN材料的巴利伽優值(BFOM)，給高功率、高能效半導體器件的發展注入了強勁動力，迅速成為了研究熱點。目前得益于大尺寸和高質量的Ga₂O₃單晶襯底生長工藝的逐漸成熟，使得Ga₂O₃材料成為研究新一代超寬禁帶功率半導體器件的重要材料之一。

異質結功率二極管(Heterojunction Power Diode,HJD)是一種PiN型二極管，由于目前Ga₂O₃材料在工藝制備上沒有P型離子注入工藝，所以無法實現P型Ga₂O₃材料的摻雜，只能夠通過構建P-N異質結的方式實現雙極性器件。通過研究表明，NiO材料是目前替代P型Ga₂O₃材料的最佳材料之選，所以制備高質量的NiO/β-Ga₂O₃ p-n異質結是提升Ga₂O₃功率二極管性能的關鍵工作。和肖特基二極管相比，具有高擊穿電壓、低反向漏電和高電流輸出密度等優點，被廣泛應用于電力轉換、新能源設備和各類消費電子領域，是電子電力系統最基本的核心器件。

隨著技術的不斷發展，市場對大功率、低功耗的功率二極管的需求不斷增加，Ga₂O₃因其優秀的材料特性獲得了廣泛關注。目前NiO/β-Ga₂O₃ p-n異質結二極管的制備是材料磁控濺射工藝制備所需要的P型NiO層，其厚度在100nm以上，且為了提升擊穿電壓采用的雙層P型層設計使得器件的導通電阻巨幅提升，最終導致器件的性能表現不佳。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種低漏電耐高溫氧化鎵異質結二極管及制備方法，基于垂直結構PiN型二極管，采用氧化工藝制備Ga₂O₃異質結二極管中的P型NiO層，降低P型層厚度在保證高擊穿電壓的同時提升器件的導通電阻、反向漏電流、耐高溫等特性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

方案一：一種低漏電耐高溫NiO/β-Ga₂O₃ p-n異質結二極管，包括陽極金屬接觸區1、P型NiO材料層2、N-漂移區3、N+襯底4、陰極金屬接觸區5和絕緣層6。

陽極金屬接觸區1位于器件的最上方，其下表面與P型NiO材料層2上表面接觸，側面與絕緣層6右表面接觸；P型NiO材料層2下表面與N-漂移區3上表面接觸，其上表面與絕緣層6下表面接觸；N-漂移區3下表面與N+襯底4上表面接觸；N+襯底4下表面與陰極金屬接觸區5上表面接觸；陰極金屬接觸區5位于器件最下層。

可選的，陽極金屬接觸區1形狀包括但不限于圓形、方形、條形中的一種或幾種。

可選的，陽極金屬接觸區1采用的材料包括但不限于Au/Ni金屬合金。陰極金屬接觸區5采用的材料包括但不限于Au/Ti金屬合金。