[发明专利]基于n型氧化镓和p型金刚石的PIN二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于n型氧化镓和p型金刚石的PIN二极管，包括n⁺‑Ga₂O₃衬底层、n^‑‑Ga₂O₃层、p⁺型金刚石层、p⁺⁺型金刚石层、阴极层和阳极层，其中，所述阴极层、所述n⁺‑Ga₂O₃衬底层、所述n^‑‑Ga₂O₃层和所述p⁺型金刚石层自下而上依次设置，所述p⁺⁺型金刚石层设置在所述p+型金刚石层上表面，且所述p⁺⁺型金刚石层上开设有多个沟槽，所述阳极层覆盖在所述多个沟槽内部和所述p⁺⁺型金刚石层的上表面；所述n^‑‑Ga₂O₃层的掺杂浓度小于所述n⁺‑Ga₂O₃衬底层的掺杂浓度，所述p⁺⁺型金刚石层的掺杂浓度大于所述p⁺型金刚石层的掺杂浓度。本发明基于n型氧化镓和p型金刚石的PIN二极管结构可以增强PIN二极管的耐压性、减小导通电阻、减小反向漏电流、改善导热性能，提高器件的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于n型氧化镓和p型金刚石的PIN二极管及其制备方法。

背景技术

为了制备抗辐照高集成密度、大功率光电子器件，半导体器件研究及制备领域由第一代半导体逐渐转变为包括碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氧化镓(Ga₂O₃)以及金刚石等的第三代半导体材料，并在新能源、智能电网、汽车、高速交通及航空航天领域都起着关键的作用。作为一种理想的半导体器件，要求其具有优良的静态和动态特性，在阻断状态下能承受高的电压，在导通状态具有高的电流密度和低的导通压降，在开关状态及转换时要求具有低的插入损耗和高的隔离度。与前两代半导体相比，Ga₂O₃材料拥有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更大的击穿场强等优点，其中β-Ga₂O₃的禁带宽度约为4.9eV，理论击穿场强可以达到8MeV/cm，加上其拥有良好的导电性能、发光特性及稳定的物理化学性质，在光电子器件如日盲探测器、紫外光电二极管等领域拥有广阔的应用前景。

Ga₂O₃材料制作的二极管以肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode，SBD)最为常见。由于Ga₂O₃基肖特基势垒二极管存在明显的电场集中效应，即在肖特基结的边、角处，器件具有明显的不连续性，在这些区域存在曲率。当二极管反向偏置时，耗尽区水平方向电场分布不均匀，特别是在边、角区域，电场分布密集，因此器件极易在肖特基结处发生击穿。同时，器件的反向漏电流也会变大，而反向漏电流值为正温度特性，容易随温度的上升而急剧增大，肖特基势垒二极管的导热性差使得器件具有热失控的隐忧。PIN结构的二极管在PN结之间引入了一薄层低掺杂的本征半导体层(I层)，PIN二极管中存在内建电场的区域是整个本征半导体型层加上两边的空间电荷区，因此势垒区很宽，极大地提高了二极管反向击穿电压，减小了反向漏电流，且具有更大的功率容量。但是PIN二极管相较于肖特基势垒二极管有更高的导通电阻以及PIN二极管的p型欧姆接触难以制备，使得PIN二极管的进一步应用受到限制。