【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體器件，具體涉及一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管及其制造方法。
技術介紹
1、雙極型晶體管（bjt）是目前半導體領域最重要的器件之一，在高速電路、模擬電路、功率放大等方面具有廣泛的應用。其中，高壓大功率雙極晶體管是電池充電器，供能和光伏逆變器等應用的理想選擇。bjt通常有兩種構型，n-p-n和p-n-p型，pn結處會放大微弱的輸入信號，厚且低摻雜的集電區將作為耐壓層承擔高的反向偏壓。垂直型bjt相較于橫向型bjt能夠在更高的電壓下工作，適應更高的電流密度，因此在功率開關等用途上表現出了巨大潛力。
2、在高壓功率雙極晶體管研究方面，以寬禁帶材料sic為基礎的器件已經得到了深入研究與廣泛應用。同樣，垂直結構的氮化鎵（gan）異質結雙極晶體管（hbt）因具有低光刻精度要求、常關態、高電流密度、強雪崩擊穿能力和由導電調制效應導致的更低比導通電阻等優點，也被認為是現有的場效應晶體管功率開關的優先替代方案。但由于gan材料本身以及外延技術的限制，如外延生長更厚的高質量集電極，以及外延生長具有高載流子壽命和高空穴濃度的p型gan，gan雙極型晶體管難以在截止狀態下實現高的擊穿電壓，同時導通狀態下的電流增益也由于p型gan中大量的少子復合難以提升。因此，尋找可以進行高質量厚膜外延以及具有高擊穿場強的超寬禁帶半導體材料，以及具有長少子壽命并可與其進行高質量異質集成的p型材料，具有實際的應用價值。
技術實現思路
1、本專利技術提出了一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，所述晶體管包括從下至上依次排列的ga2o3集電極、nio基極和ga2o3發射極；
3、所述nio基極上位于所述ga2o3發射極兩側均設置有基極電極；
4、所述ga2o3集電極與所述nio基極形成n-p結，所述nio基極與所述ga2o3發射極形成p-n結。
5、優選地，所述ga2o3集電極由ga2o3高導襯底和ga2o3外延層構成，所述ga2o3高導襯底的sn摻雜濃度為5×1018cm-3，所述ga2o3外延層的si摻雜濃度為1×1016cm-3。
6、優選地，所述ga2o3發射極采用摻雜濃度為5×1018cm-3的n型ga2o3。
7、優選地，所述ga2o3發射極設置于兩個所述基極電極之間且間距為2μm；所述ga2o3發射極為直徑6μm的圓形；兩個所述基極電極為環寬3μm且外徑16um的圓環。
8、優選地，所述nio基極的li摻雜濃度范圍為5×1017cm-3至1×1019cm-3，厚度范圍為70nm至200nm。
9、優選地，所述nio基極的li摻雜濃度為3×1018cm-3，厚度為100nm。
10、優選地，所述nio基極直徑為20μm。
11、本專利技術還提供了一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管的制造方法，包括以下步驟：
12、步驟s1：在ga2o3高導襯底下方沉積金屬，形成集電極電極；
13、步驟s2：在ga2o3外延層上異質外延nio層，形成nio基極；
14、步驟s3：在所述nio基極上部分外延ga2o3層，形成ga2o3發射極；
15、步驟s4：在所述ga2o3發射極上沉積金屬，形成發射極電極；
16、步驟s5：在nio基極上部分ga2o3發射極兩側沉積金屬，形成兩個基極電極。
17、優選地，所述集電極電極通過電子束蒸發法形成ti/au金屬電極，并進行快速熱退火處理形成歐姆接觸。
18、優選地，所述發射極電極通過ti/au金屬沉積形成，并進行快速熱退火處理；所述基極電極通過ni/au金屬沉積形成。
19、本專利技術的有益效果至少包括：氧化鎵ga2o3作為超寬禁帶半導體材料，具有4.4-4.9ev的超寬帶隙和高達8mv/cm的理論擊穿場強，且已有成熟的晶體熔融生長技術可以制備厚的低摻雜外延耐壓層，是高耐壓大功率雙極晶體管的理想材料。目前已有多種p型材料被證明可以與其實現良好的異質集成，其中基于氧化鎳nio制備的氧化鎵異質結二極管展現出了優異的反向擊穿性能和正向導通特性，是與ga2o3進行異質集成的優選材料。本專利技術的異質結雙極型晶體管將超寬帶隙材料ga2o3與nio進行n-p-n異質集成，利用ga2o3的高擊穿場強和成熟的厚膜外延技術，以及nio材料相對其他可與ga2o3異質集成的p型材料較長的少子壽命和其與ga2o3高質量的異質外延，設計了垂直型高耐壓異質結雙極型晶體管。超寬帶隙材料作為發射極提升了電子的注入效率，同時ga2o3/nio特殊的ⅱ型能帶排列導致的大空穴注入勢壘使得基區空穴擴散電流進一步降低，有效地提升了電流增益。同時，厚的ga2o3集電極外延層增強了器件耐壓能力，從而獲得了高性能的ga2o3基hbt。為目前尚缺乏深入研究的氧化鎵基雙極晶體管提供了基礎，有助于高壓大功率雙極晶體管的發展。
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1.一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述晶體管包括從下至上依次排列的Ga2O3集電極、NiO基極和Ga2O3發射極；
2.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述Ga2O3集電極由Ga2O3高導襯底和Ga2O3外延層構成，所述Ga2O3高導襯底的Sn摻雜濃度為5×1018cm-3，所述Ga2O3外延層的Si摻雜濃度為1×1016cm-3。
3.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述Ga2O3發射極采用摻雜濃度為5×1018cm-3的n型Ga2O3。
4.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述Ga2O3發射極設置于兩個所述基極電極之間且間距為2μm；所述Ga2O3發射極為直徑6μm的圓形；兩個所述基極電極為環寬3μm且外徑16um的圓環。
5.根據權利要求4所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述NiO基極的Li摻雜濃度范圍為5×1017cm-3至1×1019cm-3，厚度范圍為70
6.根據權利要求5所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述NiO基極的Li摻雜濃度為3×1018cm-3，厚度為100nm。
7.根據權利要求6所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述NiO基極直徑為20μm。
8.一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管的制造方法，其特征在于：包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管的制造方法，其特征在于：所述集電極電極通過電子束蒸發法形成Ti/Au金屬電極，并進行快速熱退火處理形成歐姆接觸。
10.根據權利要求8所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管的制造方法，其特征在于：所述發射極電極通過Ti/Au金屬沉積形成，并進行快速熱退火處理；所述基極電極通過Ni/Au金屬沉積形成。
...【技術特征摘要】
1.一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述晶體管包括從下至上依次排列的ga2o3集電極、nio基極和ga2o3發射極；
2.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述ga2o3集電極由ga2o3高導襯底和ga2o3外延層構成，所述ga2o3高導襯底的sn摻雜濃度為5×1018cm-3，所述ga2o3外延層的si摻雜濃度為1×1016cm-3。
3.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述ga2o3發射極采用摻雜濃度為5×1018cm-3的n型ga2o3。
4.根據權利要求1所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，其特征在于：所述ga2o3發射極設置于兩個所述基極電極之間且間距為2μm；所述ga2o3發射極為直徑6μm的圓形；兩個所述基極電極為環寬3μm且外徑16um的圓環。
5.根據權利要求4所述的一種垂直結構的氧化鎵基異質結雙極晶體管，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉建東，裴馨儀，任芳芳，顧書林，張榮，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：
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