[发明专利]基于自中心至四周渐变P型掺杂浓度的氧化镓pn二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于自中心至四周渐变P型掺杂浓度结构的氧化镓Pn二极管及制备方法，主要解决现有技术在提高器件反向击穿电压的同时严重增大器件的正向导通电阻和功耗的问题。其自下而上，包括：阴极欧姆金属(1)、氧化镓衬底(2)、氧化镓漂移层(3)、P型半导体层(4)、高掺杂浓度P型半导体层(5)和阳极(6)，其中，P型半导体层由多种不同掺杂浓度的半导体材料按其自中心至四周掺杂浓度渐变增大的顺序依次在氧化镓漂移层上沉积形成，以降低氧化镓漂移层边缘和P型半导体层内部的峰值电场，同时形成良好欧姆接触，实现器件在提升反向击穿电压的同时降低器件的导通电阻，本发明提高了氧化镓器件的巴利加优值，可用于电子系统。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别指一种氧化镓pn二极管的制作方法，可用于通讯、电力电子、信号处理、航空航天的电子系统。

技术背景

氧化镓是新型超宽禁带半导体材料，由于其具有4.6-4.9eV的大禁带宽度和8MV/cm的高临界击穿场强特性，使得氧化镓半导体材料能够用于制备大功率器件。随着科学技术的不断进步，在通讯、电力电子、信号处理、航空航天等领域，传统第三代半导体GaN和SiC的功率器件性能已经满足不了更高的工作性能要求，而氧化镓功率器件在相同击穿电压下，导通电阻更低，功耗更小，具有更高的巴利加优值。

目前，氧化镓功率器件主要有二极管和三极管，其中二极管主要有肖特基二极管以及异质结pn二极管。pn二极管是由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并利于少子工作，被广泛用于各种整流电路，检波电路，稳压电路及调制电路。

由于氧化镓P型掺杂难以实现，所以目前主要使用其它P型半导体材料，如氧化镍、氧化铜、氧化锡与n型氧化镓结合制成异质结pn二极管。衡量二极管性能的两个非常重要器件参数是反向击穿电压和导通电阻，反向击穿电压越大或者导通电阻越小，则器件的性能愈佳。而如今氧化镓二极管的正向特性与击穿电压还远未达到氧化镓极限，氧化镓器件巴利加优值BFOM远低于理想数值，影响其大功率输出性能，限制其在高压领域的应用。

马晓华等人在申请号为202111069074.7专利文献《一种高击穿电压氧化镓功率二极管及其制备方法》中提出用具有P型特性的薄层NiO层与β-Ga₂O₃漂移层形成异质PN结结构，以降低器件边缘处的峰值电场，改善阳极金属与氧化镓界面特性，降低反向泄漏电流，提升化镓二极管的击穿电压。

卢星等人在申请号为201710057175.X专利文献《一种氧化镓基异质PN结二极管及其制备方法》中提出通过采用非晶或多晶的p型氧化物半导体层与单晶的n型掺杂氧化镓耐压层形成异质PN结，以降低反向泄漏电流，提升化镓二极管的击穿电压。

上述两种方法虽说可提高器件反向击穿电压，但在提高器件反向击穿电压的同时，也使器件正向导通电阻的严重增大，未能最大化提升器件巴利加优值。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于自中心至四周渐变p型掺杂浓度的氧化镓pn二极管及制备方法，以提高反向击穿电压，降低导通电阻，提高氧化镓器件巴利加优值BFOM。

本发明的技术思路是：通过使pn结中p型半导体层的p型掺杂浓度从中心至四周渐变，以使低掺氧化镓漂移层与渐变掺杂浓度p型半导体层接触后，四周高掺杂浓度的p型半导体缓解氧化镓漂移层边缘处峰值电场与中心低掺杂浓度的p型半导体缓解p型半导体层内部峰值电场，提升器件击穿电压；同时使阳极金属与高掺杂浓度p型半导体层接触后更易形成欧姆接触，提高氧化镓器件巴利加优值BFOM。

根据上述思路，本发明的技术方案如下：