[發(fā)明專利]改善終端邊緣峰值電場的氧化鎵肖特基二極管及制備方法

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• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115312605A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 鄭雪峰;洪悅華;王鑫煬;張豪;何云龍;馬曉華;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L29/24;H01L21/329
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種改善終端邊緣峰值電場的氧化鎵肖特基二極管及制備方法，主要解決現(xiàn)有同類器件終端邊緣處電場分布不均勻，器件易被擊穿的問題。其由下至上依次包括：陰極歐姆金屬層(1)、重摻雜氧化鎵襯底(2)、n型輕摻雜氧化鎵外延層(3)、陽極肖特基金屬(4)和p型氧化鎳層(5)，該p型氧化鎳層(5)沉積在陽極肖特基金屬(4)的終端邊緣外，且采用單環(huán)結構或雙環(huán)結構，以與n型輕摻雜氧化鎵外延層(3)形成耗盡區(qū)；該陽極肖特基金屬的下半部分位于n型輕摻雜氧化鎵外延層的內部或位于n型輕摻雜氧化鎵外延層的表面。本發(fā)明具有改善終端邊緣峰值電場，提高擊穿電壓的優(yōu)點，可用于耐高壓大功率電力電子系統(tǒng)。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種氧化鎵肖特基二極管，可用于耐高壓大功率電力電子系統(tǒng)。

技術背景

氧化鎵半導體材料憑借其禁帶寬度大，擊穿電場高，導通電阻小等特點成為半導體行業(yè)目前最具有研究價值之一的新興材料。禁帶寬度大則可以制備大功率器件，基于氧化鎵功率器件的Baliga優(yōu)值為GaN的4倍、SiC的10倍以及Si的3444倍。因此，氧化鎵有望在耐高壓、大功率、低損耗的功率器件領域發(fā)光發(fā)熱。

氧化鎵功率器件目前主要包括二極管和三極管MOSFETs，其中二極管主要有肖特基二極管以及異質結pn二極管。由于氧化鎵尚未實現(xiàn)有效的P型摻雜，所以目前主要使用其它p型半導體材料，如氧化鎳、氧化銅、氧化錫與n型氧化鎵結合制成異質結pn二極管。終端邊緣峰值電場是二極管的一個重要器件參數(shù)，終端邊緣峰值電場越小，器件性能越佳。氧化鎵功率器件目前主要包括二極管和三極管MOSFETs，肖特基二極管與異質結pn二極管相比，具有頻率高、反向恢復時間短的優(yōu)勢，但是肖特基二極管的邊緣擊穿決定擊穿電壓，因此傳統(tǒng)肖特基二極管的擊穿電壓無法達到理想值，限制了氧化鎵二極管在高壓領域的應用。一方面，在耐高壓應用下，相較于雙極器件，傳統(tǒng)肖特基二極管存在擊穿電壓低的問題；另一方面，邊緣擊穿決定擊穿電壓，有效緩解邊緣電場集中效應，是提高器件耐壓性能的關鍵問題之一。

現(xiàn)有肖特基二極管結構，如圖1所示。其由下至上依次包括陰極歐姆金屬層1，重摻雜氧化鎵襯底2，n型輕摻雜氧化鎵外延層3，陽極肖特基金屬4，該二極管因為氧化鎵外延層3與陽極金屬4兩者貼合的終端位置電場過高，導致邊緣處的電場分布不均勻，從而造成邊緣電場集中效應，器件易被擊穿，無法滿足耐高壓需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種改善終端邊緣峰值電場的氧化鎵肖特基二極管及制備方法，以提高器件的擊穿電壓，滿足面向耐高壓器件的應用要求。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術關鍵是：通過磁控濺射技術在氧化鎵外延層表面沉積氧化鎳層以緩解邊緣電場集中效應，其結構和制作方法如下：

1.一種改善終端邊緣峰值電場的氧化鎵肖特基二極管,由下至上依次包括陰極歐姆金屬層1，重摻雜氧化鎵襯底2，n型輕摻雜氧化鎵外延層3，陽極肖特基金屬4，其特征在于，所述陽極肖特基金屬4的終端邊緣外沉積有p型氧化鎳層5，以與n型輕摻雜氧化鎵外延層3形成耗盡區(qū)，使得陽極金屬4邊緣的氧化鎵部分電子被p型半導體耗盡，有效減弱終端邊緣峰值電場的分布。

進一步，所述p型氧化鎳層5采用單環(huán)結構或雙環(huán)結構。

進一步，所述陽極肖特基金屬4的下半部分位于n型輕摻雜氧化鎵外延層3的內部或位于n型輕摻雜氧化鎵外延層3的表面。

進一步，所述陰極歐姆金屬層1采用雙層金屬Ti/Au，其靠近氧化鎵襯底層2第一層Ti的厚度為10～30nm，第二層Au金屬的厚度為250～400nm。

進一步，所述重摻雜氧化鎵襯底2的厚度為400～650μm，其摻雜濃度為2×10¹⁸m^-3～2×10¹⁹m^-3，摻雜離子種類為Sn離子；。