本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，具體涉及一種超寬禁帶mis二極管及制備方法。
背景技術(shù)：
1、功率二極管作為電力電子電路中的關(guān)鍵元件，在整流、能量傳輸和電路保護等方面具有不可或缺的作用。在高壓電路的設(shè)計與維護過程中，常常需要部署專門的泄放電路或放電裝置。具體而言，高壓電路在運行時會積累大量的電荷與能量，這些能量在電路斷開后不會立即消散，而是會暫時儲存在電路中的能量存儲元件（如電容器、電感器等）中。因此，設(shè)計一種能夠有效泄放這些能量的方案是確保系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。利用功率二極管可以為儲能元件在狀態(tài)切換過程中產(chǎn)生的突變電壓與電流提供通路，從而實現(xiàn)能量的快速泄放，避免由此產(chǎn)生的安全隱患。
2、氧化鎵（ga2o3）材料由于其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，成為功率器件制造中的理想選擇。寬禁帶特性、高耐壓性以及相對簡單的制備工藝使得ga2o3材料具備了制造高效、可靠、低成本功率器件的潛力。隨著技術(shù)的不斷進步以及生產(chǎn)成本的進一步降低，ga2o3有望在電力電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，從而推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。
3、然而，ga2o3材料在p型摻雜方面仍存在顯著挑戰(zhàn)。其價帶平坦、有效質(zhì)量較大、易形成自陷空穴，以及存在非故意摻雜施主缺陷的自補償效應(yīng)等因素，使得p型摻雜變得非常困難。而ga2o3二極管的p型材料的缺失，很難實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于此，本發(fā)明提供了一種超寬禁帶mis二極管及制備方法，可克服氧化鎵缺乏p型材料而無法發(fā)生雪崩擊穿的難題，器件能夠快速泄放高壓電路的殘留能量，容易實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。
2、為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一方面，提供一種超寬禁帶mis二極管，包括陰極、襯底、ga2o3外延層、介質(zhì)層、陽極以及增透膜，所述襯底敷設(shè)在所述陰極的一側(cè)，且厚度為150-650μm，所述襯底由n型摻雜的ga2o3材料制成，n型摻雜的濃度為1e18-1e19cm-3；所述ga2o3外延層敷設(shè)在所述襯底遠離所述陰極的一側(cè)，且為n型摻雜，所述ga2o3外延層的厚度為10-100μm，n型摻雜的濃度為5e14-1e17cm-3，所述ga2o3外延層的頂部向下凹陷形成多個溝槽，每個溝槽的頂部邊緣形成有n+區(qū)；所述介質(zhì)層敷設(shè)在所述ga2o3外延層遠離所述襯底的一側(cè)，以及每個溝槽的內(nèi)壁；所述陽極敷設(shè)在所述介質(zhì)層遠離所述ga2o3外延層的一側(cè)，同時填充在每個溝槽內(nèi)，所述陽極貫穿所述介質(zhì)層與所述n+區(qū)接觸；所述增透膜其敷設(shè)在所述ga2o3外延層與所述溝槽的內(nèi)側(cè)壁平行的側(cè)壁上，所述增透膜的豎直投影覆蓋每個溝槽的側(cè)壁。
4、優(yōu)選地，每個所述n+區(qū)靠近所述介質(zhì)層的一側(cè)敷設(shè)有金屬層，所述陽極貫穿所述介質(zhì)層與所述金屬層接觸。
5、優(yōu)選地，每個溝槽的橫截面為圓形或多邊形。
6、優(yōu)選地，所述溝槽設(shè)有至少一級臺階。
7、優(yōu)選地，制備所述陰極的材料包括ti、al或ti/au。
8、優(yōu)選地，制備所述n+區(qū)的材料包括si、ge或sn。
9、優(yōu)選地，制備所述金屬層的材料包括ni、ni/au或w/au。
10、優(yōu)選地，制備所述介質(zhì)層的材料包括sio2、al2o3或sin中的至少一種。
11、優(yōu)選地，制備所述陽極的材料包括ti、al或ti/au。
12、另一方面，本發(fā)明提供了一種所述的超寬禁帶mis二極管的制備方法，包括以下步驟：
13、s1、在所述襯底上外延形成所述ga2o3外延層，在所述ga2o3外延層的頂部向下刻蝕形成多個溝槽；
14、s2、在所述溝槽的頂部邊緣進行n型離子注入，形成n+區(qū)；
15、s3、在所述ga2o3外延層以及溝槽的側(cè)壁上均沉積，形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層暴露出所述n+區(qū)，在所述介質(zhì)層以及所述溝槽內(nèi)沉積形成陽極；
16、s4、在所述襯底遠離所述ga2o3外延層的一側(cè)沉積形成陰極，并在所述ga2o3外延層上與所述溝槽側(cè)壁平行的一側(cè)敷設(shè)增透膜。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
18、（1）本發(fā)明在所述ga2o3外延層上增加了所述增透膜，所述增透膜通過減少光的反射損失，幫助更多的激光光束進入所述ga2o3外延層材料內(nèi)部。它能有效降低在材料表面發(fā)生的反射，使激光光束更容易穿透晶圓表面，達到氧化鎵層。二極管器件正向?qū)顟B(tài)，施加光照，半導(dǎo)體材料受到高能量激光照射，部分價電子獲得足夠能量，得以掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子，從而產(chǎn)生光生載流子，所述ga2o3外延層中的載流子濃度增加，可以減小導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通損耗，光注入增強了器件的導(dǎo)通電流。器件反向阻斷狀態(tài)，施加光照，所述ga2o3外延層內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，光子產(chǎn)生的電子和空穴在高反向電場作用下被迅速分離，同時在電場作用下做加速運動而獲得較大的動能。當(dāng)載流子與原子發(fā)生碰撞時，會有幾率產(chǎn)生新的電子空穴對，此時會進入正向循環(huán)，重復(fù)電子空穴對的加速運動，器件電流迅速增大，使得器件迅速由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)控。此過程對應(yīng)著二極管在電路中的負(fù)載發(fā)生斷路的情況，當(dāng)負(fù)載發(fā)生斷路時，電感中的能量需要通過二極管釋放，此時二極管會出現(xiàn)高壓大電流情況，傳統(tǒng)的能量釋放是通過pn結(jié)發(fā)生雪崩產(chǎn)生大量的載流子導(dǎo)電，此時的電壓與雪崩擊穿電壓相當(dāng)或者更高。而本發(fā)明則是通過激光照射直接產(chǎn)生載流子而導(dǎo)電，可以不必到達雪崩擊穿電壓，可克服氧化鎵缺乏p型材料而無法發(fā)生雪崩擊穿的難題，器件此時通過光注入電導(dǎo)調(diào)控由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，從而吸收大量的瞬態(tài)電壓能量并將其轉(zhuǎn)化為熱能釋放出去，可快速泄放高壓電路的殘留能量。
19、（2）本發(fā)明所述增透膜的覆蓋范圍超過所述溝槽深度，這意味著它不僅作用于晶圓表面，還確保了所述溝槽周圍的區(qū)域能夠有效接收到激光照射，從而進一步保證光生載流子的產(chǎn)生區(qū)域盡可能覆蓋整個器件的工作區(qū)域。
20、（3）本發(fā)明增加了所述金屬層，所述金屬層與ga2o3半導(dǎo)體形成歐姆接觸，所述n+區(qū)可以進一步改善歐姆接觸性能，進而改善了器件導(dǎo)通性能。
1.一種超寬禁帶mis二極管，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，每個所述n+區(qū)靠近所述介質(zhì)層的一側(cè)敷設(shè)有金屬層，所述陽極貫穿所述介質(zhì)層與所述金屬層接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，每個溝槽的橫截面為圓形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，所述溝槽設(shè)有至少一級臺階。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，制備所述陰極的材料包括ti、al或ti/au。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，制備所述n+區(qū)的材料包括si、ge或sn。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，制備所述金屬層的材料包括ni、ni/au或w/au。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，制備所述介質(zhì)層的材料包括sio2、al2o3或sin中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬禁帶mis二極管，其特征在于，制備所述陽極的材料包括ti、al或ti/au。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的超寬禁帶mis二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：