本發明涉及功率半導體，特別是一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管及其制備方法。

背景技術：

1、橫向結構的功率器件通過其橫向耐壓結構和縱向耐壓結構兩個部分共同承擔反偏電壓，當某一部分的電場峰值達到臨界擊穿電場時，器件發生擊穿。但是橫向功率器件漂移區表面在二維電場的影響下不如體內的縱向結接近理想二極管，導致器件表面場先于縱向場達到臨界擊穿電場，因此橫向結構的功率器件相較于垂直結構的功率器件具有更低的耐壓能力。降低表面場（resurf,?reduce?surface?field）技術通過縱向結輔助橫向耗盡，重塑漂移區表面電場分布，可以使得橫向功率器件的耐壓能力顯著提升。

2、在 β-ga2o3中基于ga和o空位的自補償作用以及價帶平坦導致空穴有效質量大等原因，目前氧化鎵缺乏有效的p型摻雜。想借助resurf技術來提高氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管（lsbd,?lateral?schottky?barrier?diode）的耐壓能力，就需要提供縱向pn結來輔助橫向耗盡。因此，如何讓resurf技術在氧化鎵lsbd中發揮作用便成為了一個難點。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管及其制備方法，有效抑制陽極側的表面電場峰值。可以實現更低的導通電阻，承受更高的反向擊穿電壓，從而獲得性能優異的氧化鎵lsbd器件。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，包括層疊設置的襯底（1）、n型氧化鎵外延層（2）、第一p型氧化鎳層（3）、第二p型氧化鎳層（4）、介質層（5）、n型氧化鎵重摻雜區（6）、陰極金屬層（7）、陽極金屬層（8）；

3、所述層疊設置的襯底（1）與n型氧化鎵外延層（2）從下至上依次層疊設置；所述的第一p型氧化鎳層（3）嵌入所述n型氧化鎵外延層（2）的頂部設置；所述的第二p型氧化鎳層（4）沉積在n型氧化鎵外延層（2）的頂部，所述的第二p型氧化鎳層（4）的右側與陽極金屬層（8）短接，所述的第二p型氧化鎳層（4）的下表面與第一p型氧化鎳層（3）的上表面部分接觸，形成雙層p型氧化鎳結構；所述的介質層（5）覆蓋在第二p型氧化鎳層（4）、部分第一p型氧化鎳層（3）以及部分n型氧化鎵外延層（2）的上表面；所述的n型氧化鎵重摻雜區（6）的上表面與陰極金屬層（7）接觸，所述的n型氧化鎵重摻雜區（6）的下表面與n型氧化鎵外延層（2）的上表面接觸，n型氧化鎵外延層（2）其余區域為低摻雜；所述的陰極金屬層（7）右側與介質層（5）接觸；所述的陽極金屬層（8）的左側與第二p型氧化鎳層（4）和介質層（5）接觸。

4、在一較佳的實施例中，所述的襯底（1）采用氧化鋁異質襯底或鐵摻雜的氧化鎵同質高阻襯底。

5、在一較佳的實施例中，所述的n型氧化鎵外延層（2）厚度為0.2~1.2?μm，電子濃度為1016~5.0×1017cm-3，所述n型氧化鎵重摻雜區（6）電子濃度為1018~1020cm-3。

6、在一較佳的實施例中，所述的第一p型氧化鎳層（3）厚度為0.02~0.4?μm，空穴濃度為1017~1019cm-3，與陰極金屬層間距為1~5?μm，與陽極金屬層間距為0.1~3?μm。

7、在一較佳的實施例中，所述的第二p型氧化鎳層（4）厚度為0.02~0.4?μm，空穴濃度為1017~1020cm-3，且高于第一p型氧化鎳層（3），與陰極金屬層間距為3~8?μm。

8、在一較佳的實施例中，所述的介質層（5）起到隔絕空氣、保護器件的作用，采用氧化鋁、氮化硅或二氧化硅材料。

9、在一較佳的實施例中，所述的陰極金屬層（7）采用ti金屬。

10、在一較佳的實施例中，所述的陽極金屬層（8）的材料選自au、ni、pt、cu或tin。

11、本發明還提供了一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管的制備方法，制備了上述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，包括以下步驟：

12、步驟1）對襯底（1）進行去除表面污漬的預處理；

13、步驟2）在預處理后的襯底（1）上外延生長n型氧化鎵外延層（2）；

14、步驟3）在樣品表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成開口圖案；

15、步驟4）根據開口圖案，采用反應離子刻蝕工藝對氧化鎵外延層（2）進行刻蝕；

16、步驟5）在樣品表面生長氧化鎳，剝離光刻膠形成第一p型氧化鎳層（3）；

17、步驟6）在樣品表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成開口圖案；

18、步驟7）在樣品表面生長氧化鎳，剝離光刻膠形成第二p型氧化鎳層（4）；

19、步驟8）在第二p型氧化鎳層（4）生長完成后的表面外延生長介質層（5）；

20、步驟9）在樣品表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成陰極開口圖案；

21、步驟10）根據陰極開口圖案，采用反應離子刻蝕工藝對介質層（5）進行刻蝕，刻蝕至n型氧化鎵外延層（2）的上表面為止；

22、步驟11）對刻蝕裸露出來的氧化鎵外延層（2）上表面采用離子注入工藝形成n型氧化鎵重摻雜區（6）；

23、步驟12）采用蒸發或濺射工藝沉積金屬，剝離光刻膠形成陰極金屬層（7）；

24、步驟13）在樣品表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成陽極處開口圖案；

25、步驟14）根據陽極處開口圖案，采用反應離子刻蝕工藝對介質層（5）進行刻蝕，刻蝕至氧化鎵外延層（2）上表面為止；

26、步驟15）采用蒸發或濺射工藝沉積金屬，剝離光刻膠形成陽極金屬層（8）。

27、在一較佳的實施例中，步驟2）中在預處理好的襯底（1）上采用氫化物氣相外延hvpe或金屬有機化學氣相沉積mocvd工藝外延生長n型氧化鎵外延層（2）。

28、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明提出一種利用空穴濃度不同的雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，借助第一p型氧化鎳層與n型氧化鎵外延層形成pn結結構，在發揮resurf技術優勢的同時，可使n型氧化鎵外延層的載流子濃度適當提高；再借助第二p型氧化鎳層與陽極短接，增大整體p型氧化鎳區域與n型氧化鎵區域形成的縱向pn結的結間電勢差，進一步增強縱向耗盡輔助橫向耗盡的作用，提升器件耐壓；并且，其空穴濃度高于第一p型氧化鎳層，對陽極電場線的分散作用較強，有效抑制陽極側的電場峰值，從而使氧化鎵lsbd器件可以憑借更低的導通電阻，獲得更高的反向擊穿電壓。

技術特征：

1.一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，包括層疊設置的襯底（1）、n型氧化鎵外延層（2）、第一p型氧化鎳層（3）、第二p型氧化鎳層（4）、介質層（5）、n型氧化鎵重摻雜區（6）、陰極金屬層（7）、陽極金屬層（8）；

2.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的襯底（1）采用氧化鋁異質襯底或鐵摻雜的氧化鎵同質高阻襯底。

3.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的n型氧化鎵外延層（2）厚度為0.2~1.2?μm，電子濃度為1016~5.0×1017?cm-3，所述n型氧化鎵重摻雜區（6）電子濃度為1018~1020?cm-3。

4.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的第一p型氧化鎳層（3）厚度為0.02~0.4?μm，空穴濃度為1017~1019?cm-3，與陰極金屬層間距為1~5?μm，與陽極金屬層間距為0.1~3?μm。

5.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的第二p型氧化鎳層（4）厚度為0.02~0.4?μm，空穴濃度為1017~1020?cm-3，且高于第一p型氧化鎳層（3），與陰極金屬層間距為3~8?μm。

6.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的介質層（5）起到隔絕空氣、保護器件的作用，采用氧化鋁、氮化硅或二氧化硅材料。

7.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的陰極金屬層（7）采用ti金屬。

8.根據權利要求1所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，其特征在于，所述的陽極金屬層（8）的材料選自au、ni、pt、cu或tin。

9.一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管的制備方法，其特征在于制備了上述權利要求1-8中任意一項所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管，包括以下步驟：

10.根據權利要求9所述的一種利用雙層p型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管的制備方法，其特征在于，步驟2）中在預處理好的襯底（1）上采用氫化物氣相外延hvpe或金屬有機化學氣相沉積mocvd工藝外延生長n型氧化鎵外延層（2）。

技術總結
本發明提供了一種利用雙層P型氧化鎳實現的高耐壓氧化鎵橫向肖特基勢壘二極管及其制備方法，包括襯底、N型氧化鎵外延層、第一P型氧化鎳層、第二P型氧化鎳層、介質層、N型氧化鎵重摻雜區、陰極金屬層、陽極金屬層。第一P型氧化鎳層與N型氧化鎵外延層形成PN結，通過縱向耗盡輔助橫向耗盡，提高耐壓的同時，外延層載流子濃度能適當增大，使導通電阻降低。第二P型氧化鎳層與陽極金屬層短接，一方面增大整體P型氧化鎳與N型氧化鎵的電勢差，增強縱向耗盡的輔助作用，均衡表面電場；另一方面，第二P型氧化鎳層的空穴濃度高于第一P型氧化鎳層，更利于緩解陽極邊緣電場集中。因此，該器件可以實現更低的導通電阻，承受更高的反向擊穿電壓。

技術研發人員：張海忠,葉鄭潔,許曉銳,葉樹瑞
受保護的技術使用者：福州大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28