【国内论文】中国科学技术大学研究团队通过氧退火结合自对准台阶终端制备 8.7 A/700 V β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管

        中国科学技术大学的研究团队在学术期刊《Applied Physics Express》发布了一篇名为8.7 A/700 V β-Ga₂O₃ Schottky barrier diode demonstrated by oxygen annealing combined with self-aligned mesa termination（通过氧退火结合自对准台阶终端制备 8.7 A/700 V β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管）的文章。

摘要

        对于实现优异的阻断特性，具有低缺陷外延表面和有效终端的β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管（SBD）至关重要。本工作系统地研究了在不同温度下的氧退火，通过减小表面粗糙度和位错密度来优化外延表面。结合台阶终端，结果表明击穿电压（V_br）显著提高，从 845 V增加到 1532 V。同时，制备了3×3 mm²阳极尺寸的器件，并实现了高达8.7 A@2 V的高正向电流和V_br > 700 V的特性。本研究为商业化β-Ga₂O₃ SBDs提供了可能的解决方案。

        图 1(a) 显示了 β-Ga₂O₃ SBDs 的横截面示意图，包括对照 SBD（左）、带 OA 的 SBD（中）和 OA 后的台阶终端 SBD（右）。这些器件是在 10 μm 厚的轻度Si掺杂的β-Ga₂O₃ 漂移层上制造的，该漂移层是由日本 Novel Crystal Technology 在载流子浓度为 5 × 10¹⁸ cm^-3 的掺锡 β-Ga₂O₃ 衬底上通过 HVPE 生长的。晶片制备首先进行有机溶液和过氧化氢溶液清洗。在去离子水中清洗后，分别在 200 ℃、400 ℃、600 ℃ 和 800 ℃ 的不同温度下热氧化 30 分钟。之后，对上述样品（包括对照样品）进行干蚀刻电感耦合等离子体（ICP）处理，以消除热氧化退火引起的欧姆接触电阻增加。然后通过电子束蒸发将 Ti（100 nm）/Au（150 nm）金属沉积在样品背面。接着，通过蒸发和剥离法制作出半径为 100 μm 的圆形肖特基阳极，由 Ni (100 nm)/Au (150 nm) 金属堆叠而成，该层也用作自对准刻蚀的硬掩膜。最后，在 ICP 180 系统中对器件进行刻蚀，形成台阶终端，ICP 参数与之前的实验相同。在过程中还制备了大面积 SBD（3 × 3 mm²）。不同之处在于阳极最后通过阴影掩膜加厚到 1.5 μm，以方便封装过程。