[发明专利]基于氧化镓的PN结结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化镓的PN结结构，自上而下依次包括：第一电极层、p型层、n型层和衬底层，p型层和n型层相接触形成PN结；第一电极层为氧化物电极，p型层为p型氧化物层，n型层为n型氧化镓基层。本发明公开的PN结结构极大降低了PN结的反向漏电流，提高器件的击穿电压，以提升PN结的性能；同时，采用氧化物电极分别与p型氧化物半导体、N型氧化物半导体形成欧姆接触，进一步降低全氧化物PN结的开启电压和导通电阻。此外，采用全氧化物(电极与半导体材料均是氧化物)的PN结结构能够避免与非氧化物材料在接触界面处的氧化反应，有效降低界面态密度，从而更好地调节界面缺陷问题，提高器件性能的同时可易于实现大规模的工业制造。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种基于氧化镓的 PN结结构及其制备方法。

背景技术

现有的功率半导体材料主要是硅，氮化镓和碳化硅，例如功率二极管。但是由于材料自身特性的限制，人们已经无法满足于现有材料的器件，亟待一种更高功率器件的出现。

氧化镓(Ga₂O₃)是目前非常火热的一种新型半导体材料，拥有超宽禁带宽度(4.8eV)，禁带宽度超过SiC和GaN等传统宽禁半导体材料；同时，具有较大的击穿场强(8MV/cm)，热稳定性和化学稳定性非常好；而且，氧化镓禁带宽度及击穿场强仅次于金刚石，而价格低于金刚石，在大功率和光学器件中是金刚石的优良替代材料。另外，氧化镓功率器件在与 GaN和SiC相同耐压情况下，导通电阻更低、功耗更小、更耐高温、能够极大地节约上述高压器件工作时的电能损失。同时氧化镓的制备手段也是丰富多样的，如导模法、HVPE、MBE、MOCVD、PLD等，为器件的设计方案提供了有力支持。

现有的氧化镓二极管主要为肖特基势垒二极管，但由于氧化镓材料的 p型掺杂难以实现，无法得到经典的PN结结构，极大的限制了氧化镓材料的多样性。另一方面，为解决上述问题，现有技术中使用p型Si、p型 GaN、p型SiC等与n型Ga₂O₃形成的PN异质结结构，其晶格匹配较差，界面缺陷较多，器件性能差。且GaN、SiC作为宽禁带半导体其P型掺杂并不成熟，不能很好的提高上述PN结结构的整体功率性能和稳定性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中在n型氧化镓材料中实现的PN结结构晶格匹配较差、界面缺陷较多，器件性能差的问题，本发明公开了一种基于氧化镓的 PN结结构及其制备方法。

(二)技术方案

本发明的一个方面公开了一种基于氧化镓的PN结结构，自上而下依次包括：第一电极层、p型层、n型层和衬底层，p型层和n型层相接触形成PN结；第一电极层为氧化物电极，p型层为p型氧化物层，n型层为n 型氧化镓基层。

可选地，第一电极层的面积尺寸小于PN结的面积尺寸。

可选地，p型氧化物层为氧化镍NiO、氧化亚锡SnO或氧化亚铜Cu₂O。

可选地，还包括位于n型层下的衬底层，其中，衬底层包括基板和形成在基板和n型层之间的第二电极层，PN结的面积尺寸小于第二电极层的面积尺寸，第二电极层为氧化物电极。

可选地，PN结结构还包括位于n型层上表面、与p型层间在水平方向上隔一定距离设置的第二电极层，第二电极层为氧化物电极。

可选地，氧化物电极为铂氧化物、铟锡氧化物、铝掺杂锌氧化物或钌氧化物RuO_x。

本发明的另一个方面公开了一种制备方法，用于制备上述的基于氧化镓的PN结结构，制备方法包括：在衬底层上自下而上依次形成n型层、p 型层和第一电极层；p型层和n型层相接触形成PN结；第一电极层为氧化物电极，p型层为p型氧化物层，n型层为n型氧化镓基层。