[发明专利]一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法

说明书

本发明涉及一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法，属于功率半导体器件领域。该二极管为垂直结构，包括阳极金属接触区、P型NiO材料层、N‑漂移区、N+衬底、阴极金属接触区和绝缘层。本发明基于垂直结构Ga₂O₃异质结功率二极管，采用高温氧化工艺制备P型NiO层薄层，综合提升器件导通电阻、提升击穿电压、高温下低漏电流等特性。

技术领域

本发明属于功率半导体器件领域，涉及一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法。

背景技术

超宽禁带半导体氧化镓(Ga₂O₃)材料拥有的4.5-4.9eV的禁带宽度，高达8MV/cm的临界击穿电场以及数倍于GaN材料的巴利伽优值(BFOM)，给高功率、高能效半导体器件的发展注入了强劲动力，迅速成为了研究热点。目前得益于大尺寸和高质量的Ga₂O₃单晶衬底生长工艺的逐渐成熟，使得Ga₂O₃材料成为研究新一代超宽禁带功率半导体器件的重要材料之一。

异质结功率二极管(Heterojunction Power Diode,HJD)是一种PiN型二极管，由于目前Ga₂O₃材料在工艺制备上没有P型离子注入工艺，所以无法实现P型Ga₂O₃材料的掺杂，只能够通过构建P-N异质结的方式实现双极性器件。通过研究表明，NiO材料是目前替代P型Ga₂O₃材料的最佳材料之选，所以制备高质量的NiO/β-Ga₂O₃ p-n异质结是提升Ga₂O₃功率二极管性能的关键工作。和肖特基二极管相比，具有高击穿电压、低反向漏电和高电流输出密度等优点，被广泛应用于电力转换、新能源设备和各类消费电子领域，是电子电力系统最基本的核心器件。

随着技术的不断发展，市场对大功率、低功耗的功率二极管的需求不断增加，Ga₂O₃因其优秀的材料特性获得了广泛关注。目前NiO/β-Ga₂O₃ p-n异质结二极管的制备是材料磁控溅射工艺制备所需要的P型NiO层，其厚度在100nm以上，且为了提升击穿电压采用的双层P型层设计使得器件的导通电阻巨幅提升，最终导致器件的性能表现不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低漏电耐高温氧化镓异质结二极管及制备方法，基于垂直结构PiN型二极管，采用氧化工艺制备Ga₂O₃异质结二极管中的P型NiO层，降低P型层厚度在保证高击穿电压的同时提升器件的导通电阻、反向漏电流、耐高温等特性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

方案一：一种低漏电耐高温NiO/β-Ga₂O₃ p-n异质结二极管，包括阳极金属接触区1、P型NiO材料层2、N-漂移区3、N+衬底4、阴极金属接触区5和绝缘层6。

阳极金属接触区1位于器件的最上方，其下表面与P型NiO材料层2上表面接触，侧面与绝缘层6右表面接触；P型NiO材料层2下表面与N-漂移区3上表面接触，其上表面与绝缘层6下表面接触；N-漂移区3下表面与N+衬底4上表面接触；N+衬底4下表面与阴极金属接触区5上表面接触；阴极金属接触区5位于器件最下层。

可选的，阳极金属接触区1形状包括但不限于圆形、方形、条形中的一种或几种。

可选的，阳极金属接触区1采用的材料包括但不限于Au/Ni金属合金。阴极金属接触区5采用的材料包括但不限于Au/Ti金属合金。