基于蓝宝石衬底外延的准垂直器件及其制备方法

本发明属于半导体器件，具体涉及一种基于蓝宝石衬底外延的准垂直器件及其制备方法。

背景技术：

1、氧化镓半导体材料以其超宽的禁带宽度(4.4ev~5.3ev)、极高的击穿场强(~8mv/cm)，在电力电子器件、深紫外光电器件中具有极大发展潜力。目前报道中指出氧化镓材料可以掺杂iii、iv族元素，以作为高导电性的n型半导体，但存在p型掺杂困难的问题。现有的研究尝试了多种异质p型半导体材料，如氧化镓与氧化镍、氧化亚铜等金属氧化物形成的异质pn结，但是其研究基于氧化镓衬底，没有解决氧化镓导热性不足的问题。

2、基于蓝宝石衬底氧化镓外延薄膜异质结研究方面，大多聚焦于氧化镓外延膜上进行其他金属氧化物的外延研究，虽然外延薄膜无法开展垂直器件的研究，但蓝宝石衬底对提高氧化镓薄膜的散热有显著帮助。此外，由于蓝宝石衬底与氧化镓外延层之间存在较大的晶格失配，氧化镓外延层并不能获得足够好的薄膜质量，对氧化镓异质外延材料的应用提出了很大挑战。

3、因此，现有氧化镓异质薄膜外延与异质pn结器件研究不足以发挥氧化镓材料的优势，亟需开发新型氧化镓异质pn结器件的结构。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于蓝宝石衬底外延的准垂直器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，包括：

3、衬底；

4、p型氧化物异质外延层，位于衬底上；

5、氧化镓外延层，位于p型氧化物异质外延层上；p型氧化物异质外延层与氧化镓外延层共同组成复合栅结构；

6、阴极金属，位于氧化镓外延层上；

7、阳极金属，位于p型氧化物异质外延层上，且至少部分环绕氧化镓外延层；通过阴极金属和阳极金属向复合栅结构施加偏置电压；

8、其中，p型氧化物异质外延层、阳极金属、氧化镓外延层和阴极金属共同组成异质pn结准垂直器件。

9、第二方面，本发明还提供一种基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件的制备方法，包括：

10、提供一衬底；

11、使用半导体外延工艺在衬底上外延p型氧化物异质外延层；

12、使用半导体外延工艺在p型氧化物异质外延层上外延氧化镓层，在氧化镓层上进行离子注入、并外延高掺的氧化镓层，用于在氧化镓层上表面获得可控的高电子迁移率；

13、使用刻蚀工艺图形化所述氧化镓层，形成投影形状为圆形的氧化镓外延层，其中，投影方向为垂直于衬底的方向；

14、使用金属沉积工艺在氧化镓外延层上沉积阴极金属；

15、去除多余光刻胶后，使用快速退火工艺，使得阴极金属与氧化镓外延层之间形成欧姆接触；

16、使用金属沉积工艺在p型氧化物异质外延层上、在氧化镓外延层的外围沉积阳极金属；

17、去除多余光刻胶后，使用快速退火工艺，使得阳极金属与p型氧化物异质外延层之间形成欧姆接触。

18、本发明的有益效果：

19、本发明提供的一种基于蓝宝石衬底外延的准垂直器件及其制备方法，p型氧化物异质外延层采用氧化镍，氧化镍比氧化镓的热导率高，氧化镓薄膜产生的热量可以通过氧化镍进行散热，可以解决氧化镓的散热问题；氧化镍上生长氧化镓晶格失配小于直接在衬底上生长氧化镓，可以降低氧化镓与蓝宝石衬底之间的晶格失配问题，使得氧化镓薄膜成膜质量得到改善；阳极金属为环状电极，可以有效把电场控制在圆环内测；由p氧化物异质外延薄膜与氧化镓异质外延薄膜一起共同组成p-i-n结构，pin结由于i型层的存在，使得电场可以在i型层中均匀分布，比pn结具有更优秀的承压能力，可以大大提高外延薄膜间的耐压能力以获得更低的漏电流与更高穿电压，扩大了氧化镓外延薄膜器件的应用范围。

20、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，所述阳极金属为环状，环绕所述氧化镓外延层，且与所述氧化镓外延层间隔设置。

3.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，所述p型氧化物异质外延层的材料包括氧化镍或氧化亚铜。

4.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底为c面蓝宝石晶片、r面蓝宝石晶片、a面蓝宝石晶片或m面蓝宝石晶片。

5.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述p型氧化物异质外延层的厚度为100nm~1μm。

6.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件，其特征在于，延垂直于所述衬底的方向，所述氧化镓外延层的厚度为100nm~2μm。

7.一种基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。

9.根据权利要求7所述的基于蓝宝石衬底外延的氧化镓异质的准垂直器件的制备方法，其特征在于，使用第一mist-cvd在所述衬底上外延生长氧化镍，形成p型氧化物异质外延层；其中，第一mist-cvd的源为乙酰丙酮镓的水溶液掺杂氢氧化锂；

技术总结
本发明公开了一种基于蓝宝石衬底外延的准垂直器件及其制备方法，包括：衬底；p型氧化物异质外延层，位于衬底上；氧化镓外延层，位于p型氧化物异质外延层上；p型氧化物异质外延层与氧化镓外延层共同组成复合栅结构；阴极金属，位于氧化镓外延层上；阳极金属，位于p型氧化物异质外延层上，且至少部分环绕氧化镓外延层；通过阴极金属和阳极金属向复合栅结构施加偏置电压；其中，p型氧化物异质外延层、阳极金属、氧化镓外延层和阴极金属共同组成异质pn结准垂直器件。本发明能够扩大氧化镓外延薄膜器件的应用范围。

技术研发人员：张泽雨林,张春福,刘丁赫,陈大正,赵胜雷,张进成,郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15