[发明专利]一种基于肖特基二极管的氧化镓微米柱阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于肖特基二极管的氧化镓微米柱阵列及其制备方法，所述肖特基二极管由下往上依次包括衬底层，氧化镓层，氧化镓微米柱的肖特基阵列；所述氧化镓层材料为α相、κ相、γ相或β相氧化镓，所述氧化镓微米柱材料为α相、κ相、γ相或β相氧化镓。本发明将HVPE和Mist CVD结合，快速制备出氧化镓微米柱阵列，制备高质量的氧化镓阵列材料，以实现低开启电压、快开关速度和低能源损耗的氧化镓微米柱阵列的肖特基二极管。相对于其他氧化镓肖特基二极管的方法，本发明制备的氧化镓微米柱阵列形貌精准可控，重复性好，效率高，制造工艺简单，可以有效地集成和大规模生产。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于肖特基二极管的氧化镓微米柱阵列及其制备方法。

背景技术

目前，超宽禁带半导体氧化镓(Ga₂O₃)材料相比于Si、GaAs等材料具有宽带隙、高电子饱和漂移速度、高热导率、高击穿电场强度、高巴利加优值等优势，是先进电力电子器件的优选材料。近年来，氧化镓肖特基二极管(Ga₂O₃ SBD)器件性能已经有所提升。2016年，日本FLOSFIA公司制备出耐压为531V、导通电阻仅为0.1mΩ·cm2的氧化镓SBD器件；2017年，日本信息通信研究院机构(NICT)采用场板结构，降低峰值电场，制备出耐压1076V的纵向β相的氧化镓SBD器件，其击穿电压为190V，峰值击穿场强达到5.9MV/cm，这远远大于了SiC的击穿场强理论值(3.18MV/cm)，这证明了氧化镓材料具有高耐压的特点。2018年，康奈尔大学采用凹槽结构，降低了表面电场，实现了2440V垂直结构的β相的氧化镓SBD器件，这是已经报道的垂直结构氧化镓SBD器件的最高水平。然而，目前所研究的异质衬底氧化镓SBD器件其击穿电压和导通特性远远低于材料的预期值。

以上所述氧化镓SBD器件存在以下不足之处：1.对于氧化镓材料本身来说，特别是异质衬底的氧化镓，由于其与衬底之间的晶格失配导致的位错密度高达10¹⁰cm^-2。通常，位错是作为载流子捕获中心和散射中心，形成导电通道泄露的路径，它严重降低了载流子的迁移速率。2.现有的氧化镓SBD器件其界面态对器件漏电影响较大，其开启电压很高，不能满足低的开启电压，快的开关速度和低的能源损耗等需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于肖特基二极管的氧化镓微米柱阵列及其制备方法，将氢化物气相沉积(HVPE)和超声雾化辅助化学气相沉积法(Mist CVD)结合，快速制备出Ga₂O₃微米柱阵列，制备高质量的氧化镓阵列材料，以实现低开启电压、快开关速度和低能源损耗的氧化镓微米柱阵列的肖特基二极管。相对于其他氧化镓肖特基二极管的方法，本发明制备的氧化镓微米柱阵列形貌精准可控，重复性好，效率高，制造工艺简单，可以有效地集成和大规模生产。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于肖特基二极管的氧化镓微米柱阵列，所述肖特基二极管由下往上依次包括衬底层，氧化镓层，氧化镓微米柱的肖特基阵列；所述氧化镓微米柱的肖特基阵列包括氧化镓微米柱、底电极和顶电极，所述底电极和顶电极采用一对多结构；所述氧化镓层为平整的薄膜，所述氧化镓层材料为α相、κ相、γ相或β相氧化镓，所述氧化镓微米柱材料为α相、κ相、γ相或β相氧化镓。

进一步的，所述氧化镓微米柱为六棱台结构，底面为六边形，顶部为等边三角形去掉三个顶角，侧面由三个六边形，三个朝下的五边形和6个朝上的五边形组成；所述氧化镓微米柱孔径大小为1-10μm，高度为50nm-10000nm，微米柱间距为1-20μm。

进一步的，所述顶电极为在氧化镓微米柱顶部设置的一个肖特基接触电极，所述底电极为在氧化镓微米柱底部设置的两个欧姆接触电极。