CN117219666B - 一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。该晶闸管自下至上依次包括阳极、由第一p型氮化物或/和第一p型氧化物沉积的第一p型半导体层、第一n型氧化镓层、由第二p型氮化物或/和第二p型氧化物沉积的第二p型半导体层、第二n型氧化镓层和阴极。该晶闸管的一侧沉积有隔离层，该隔离层中沉积有与第二p型半导体层接触的第一栅电极和与第一n型氧化镓层接触的第二栅电极。该晶闸管采用p型氮化物或/和p型氧化物与n型氧化镓形成异质结，能使其在更高的温度、电压以及更恶劣环境下稳定工作。通过合理控制第一栅电极和第二栅电极的开关，能实现对晶闸管的双向控制。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及晶闸管技术领域，具体涉及一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管及其制备方法。
背景技术
半导体材料较大的禁带宽度使得其在功率器件的应用中具有更低的功率损耗和更高的转换效率，从而能够实现在高功率密度和低功率消耗的电力电子技术领域的应用。氧化镓（Ga2O3）具有4.8eV的禁带宽度、8MV/cm的理想击穿电场强度和高达3400的巴利伽优值（Baliga’s figure-of-merit，简称BFOM），使得其在制造具有高阻断电压、高工作温度和低泄漏电流的功率器件方面具有更好的应用前景。
氧化镓异质结晶闸管是将氧化镓的卓越材料特性和晶闸管结构的高耐压电学特性相结合，从而制造出能承载高压或特高压的器件，使其能够应用在高压大电流、特高压直流输电、智能电网和脉冲功率等技术领域。
如图1所示，现有的晶闸管的结构由下至上依次包括阳极5、重掺杂p型硅层13、轻掺杂n型硅层14、p型硅层15、重掺杂n型硅层16和阴极8，在阴极8和重掺杂n型硅层16的一侧刻蚀有凹槽，该凹槽中沉积有栅电极7。由于硅的临界击穿电场相比于宽禁带半导体要小，现今市场上包括晶闸管功率器件在内的硅基功率器件的耐压值已经接近硅材料的耐压极限，在实际应用中会随着应用电压的增加导致漏电流显著增加，影响长期工作下的器件可靠性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管。该晶闸管采用p型氮化物或/和p型氧化物与n型氧化镓形成异质结，能充分发挥氧化镓材料禁带宽度大、临界击穿电场高的性能，使得晶闸管能够在更高温度、更高电压以及更恶劣环境下稳定工作。该晶闸管还具有双触发的栅电极，通过合理地对第一栅电极和第二栅电极的开启或关断，能实现对晶闸管的双向控制。
具体地，本发明采用如下技术方案来实现上述目的：
一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，由下至上依次包括阳极、第一p型半导体层、第一n型半导体层、第二p型半导体层、第二n型半导体层和阴极；所述阴极与所述第二n型半导体层的一侧由上至下刻蚀有第一凹槽，所述阴极、所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层和所述第一n型半导体层的一侧由上至下刻蚀有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通；所述第一凹槽和所述第二凹槽中均沉积有隔离层；位于所述第一凹槽的隔离层中开设有第一窗口，所述第一窗口中沉积有第一栅电极，位于所述第二凹槽的隔离层中开设有第二窗口，所述第二窗口中沉积有第二栅电极；所述第一栅电极与所述第二p型半导体层接触，所述第二栅电极与所述第一n型半导体层接触；所述第一n型半导体层和所述第二n型半导体层的材料均为n型氧化镓；所述第一p型半导体层的材料为第一p型氮化物或/和第一p型氧化物；所述第二p型半导体层的材料为第二p型氮化物或/和第二p型氧化物。
在优选的实施方案中，所述第一p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种。
在优选的实施方案中，所述第二p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种。
在进一步优选的实施方案中，所述第一p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种，所述第二p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种。
在优选的实施方案中，所述第一p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜。
在优选的实施方案中，所述第二p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜。
在进一步优选的实施方案中，所述第一p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜，且所述第二p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜。
在优选的实施方案中，所述第一凹槽的底部刻蚀至所述第二p型半导体层中但未贯穿所述第二半导体层。
在优选的实施方案中，所述第一窗口的刻蚀深度深至所述第二p型半导体层中，但未贯穿所述第二p型半导体层。
在优选的实施方案中，所述第二窗口的刻蚀深度深至所述第一n型半导体层中，但未贯穿所述第一n型半导体层。
在优选的实施方案中，所述第一栅电极的材料为镍金合金。
在优选的实施方案中，所述第二栅电极的材料为钛金合金。
在进一步优选的实施方案中，所述第一栅电极的材料为镍金合金，且所述第二栅电极的材料为钛金合金。
在优选的实施方案中，所述阳极的材料为镍金合金。
在优选的实施方案中，所述阴极的材料为钛金合金。
在进一步优选的实施方案中，所述阳极的材料为镍金合金，且所述阴极的材料为钛金合金。
在优选的实施方案中，所述隔离层的材料为二氧化硅、氮化硅、氧化铝中至少一种。
本发明还提供所述具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法，包括以下步骤：
S1、在第一衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层；
S2、在所述第一n型半导体层的表面沉积第二p型氮化物或/和第二p型氧化物，得到第二p型半导体层；
S3、在所述第二p型半导体层的表面沉积n型氧化镓，得到第二n型半导体层；
S4、在第二衬底上沉积第一p型氮化物或/和第一p型氧化物，得到第一p型半导体层，将其剥离，然后键合到所述第一n型半导体层背离所述第二p型半导体层的表面；
S5、在所述第一p型半导体层背离所述第一n型半导体层的表面沉积阳极金属层，得到阳极；退火，制作欧姆接触；
S6、在所述第二n型半导体层的一侧刻蚀出第一凹槽；在所述第一凹槽的同侧从上至下刻蚀所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层、所述第一n型半导体层得到第二凹槽；所述第二凹槽的底部位于所述第一n型半导体层中但是未贯穿所述第一n型半导体层；在所述第一凹槽和所述第二凹槽内均沉积隔离层；
S7、在位于所述第一凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第一窗口并沉积第一金属层，得到第一栅电极；
S8、在位于所述第二凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第二窗口，在器件结构上沉积第二金属层，保留所述第二窗口中的所述第二金属层和所述第二n型半导体层表面的所述第二金属层，去除掉其余部分的所述第二金属层，分别得到第二栅电极和阴极。
在优选的实施方案中，所述第一衬底选自硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、金刚石衬底、蓝宝石衬底中任意一种。
在优选的实施方案中，所述第二衬底选自硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、金刚石衬底、蓝宝石衬底中任意一种。
在优选的实施方案中，步骤S5中退火的条件为：在氧气和氮气混合气体氛围中，于400~600℃退火3~6min；其中，氧气和氮气混合气体中氧气含量为20%~100%。
本发明提供的另一种制备所述具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的方法，包括以下步骤：
P1、在第一衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层；在所述第一n型半导体层的表面沉积第一p型氮化物或/和第一p型氧化物，得到第一p型半导体层；在第三衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第二n型半导体层，在所述第二n型半导体层的表面沉积第二p型氮化物或/和第二p型氧化物，得到第二p型半导体层；
P2、将所述第一n型半导体层背离所述第一p型半导体层的表面与所述第二p型半导体层背离所述第二n型半导体层的表面键合在一起；所述第一n型半导体层与所述第二n型半导体层的掺杂浓度不同，所述第一p型半导体层与所述第二p型半导体层的掺杂浓度不同；
P3、在所述第一p型半导体层背离所述第一n型半导体层的表面沉积阳极金属层，得到阳极；退火，制作欧姆接触；
P4、在所述第二n型半导体层的一侧刻蚀出第一凹槽；在所述第一凹槽的同侧从上至下刻蚀所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层、所述第一n型半导体层得到第二凹槽；所述第二凹槽的底部位于所述第一n型半导体层中但是未贯穿所述第一n型半导体层；在所述第一凹槽和所述第二凹槽内均沉积隔离层；
P5、在位于所述第一凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第一窗口并沉积第一金属层，得到第一栅电极；
P6、在位于所述第二凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第二窗口，在器件结构上沉积第二金属层，保留所述第二窗口中的所述第二金属层和所述第二n型半导体层表面的所述第二金属层，去除掉其余部分的所述第二金属层，分别得到第二栅电极和阴极。
在优选的实施方案中，所述第一衬底选自硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、金刚石衬底、蓝宝石衬底中任意一种。
在优选的实施方案中，所述第三衬底选自硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、金刚石衬底、蓝宝石衬底中任意一种。
在优选的实施方案中，步骤P3中退火的条件为：在氧气和氮气混合气体氛围中，于400~600℃退火3~6min；其中，氧气和氮气混合气体中氧气含量为20%~100%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）在同样的结构和参数条件下，由于氧化镓材料的临界击穿电场大于硅材料的临界击穿电场，氧化镓材料的耐受温度比硅材料的更高，因此，本发明中采用禁带宽度大、临界击穿电场高的氧化镓材料制备晶闸管功率器件，充分发挥材料特性，制造出的晶闸管能够在更高温度、更高电压以及更恶劣环境下稳定工作。（2）本发明通过设计四端（阳极、阴极、第一栅电极和第二栅电极）晶闸管器件结构，并根据工作需求，合理地对第一栅电极和第二栅电极进行开启或关断，得到双触发电极控制下的双向导通的氧化镓异质结型晶闸管。
附图说明
图1为现有技术中以硅材料制备的晶闸管的结构示意图；
图2为实施例9中步骤S2得到的结构的示意图；
图3为实施例9中步骤S3得到的结构的示意图；
图4为实施例9中步骤S4得到的结构的示意图；
图5为实施例9中步骤S5得到的结构的示意图；
图6为实施例9的步骤S6中刻蚀有第一凹槽和第二凹槽的结构的示意图；
图7为实施例9的步骤S6中沉积有隔离层的结构的示意图；
图8为实施例9的步骤S7中刻蚀有第一窗口的结构的示意图；
图9为实施例9的步骤S7中制作有第一栅电极的结构的示意图；
图10为实施例9的步骤S8中刻蚀有第二窗口的结构的示意图；
图11为实施例2中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图，同时也是实施例9中步骤S8最终制备得到的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图12为实施例3中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图13为实施例1中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图14为实施例4中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图15为实施例5中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图16为实施例6中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图17为实施例7中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图；
图18为实施例8中的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构示意图。
图中：1、第一n型半导体层；2、第二p型半导体层；3、第二n型半导体层；4、第一p型半导体层；5、阳极；6、隔离层；7、栅电极；71、第一栅电极；72、第二栅电极；8、阴极；9、第一凹槽；10、第二凹槽；11、第一窗口；12、第二窗口；13、重掺杂p型硅层；14、轻掺杂n型硅层；15、p型硅层；16、重掺杂n型硅层。
具体实施方式
以下内容结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域技术人员能够充分地理解本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分优选的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，对以下实施方式所作的任何等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
如图13所示，本实施例提供一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，由下至上依次包括阳极5、第一p型半导体层4、第一n型半导体层1、第二p型半导体层2、第二n型半导体层3和阴极8。第一p型半导体层4与第一n型半导体层1形成异质结。第二p型半导体层2与第一n型半导体层1形成异质结。第二p型半导体层2与第二n型半导体层3形成异质结。阴极8、第二n型半导体层3的一侧由上至下刻蚀有第一凹槽9（见图6），第一凹槽9的底面为第二p型半导体层2的表面，该表面与第二n型半导体层3接触。阴极8、第二n型半导体层3、第二p型半导体层2和第一n型半导体层1与所述第一凹槽相同的一侧由上至下刻蚀有第二凹槽10（见图6），第二凹槽10的底部位于第一n型半导体层1中但是未贯穿第一n型半导体层1的底部。第一凹槽9与第二凹槽10相连通。第一凹槽9和第二凹槽10内均沉积有隔离层6。位于第一凹槽9的隔离层6中刻蚀有第一窗口11（见图8），第一窗口11的底部位于第二p型半导体层2的表面（即第一窗口11的深度与第一凹槽9的深度相同），第一窗口11中沉积有第一栅电极71，该第一栅电极71与第二p型半导体层2的表面接触。位于第二凹槽10的隔离层6中开设有第二窗口12（见图10），第二窗口12的深度与第二凹槽10的深度相同，第二窗口12中沉积有第二栅电极72，该第二栅电极72与第一n型半导体层1的表面接触。其中，第一n型半导体层1的材料为n型氧化镓，第二n型半导体层3的材料为n型氧化镓，第一p型半导体层4的材料为第一p型氮化物，第二p型半导体层2的材料为第二p型氮化物。阳极5的材料为镍金合金。阴极8的材料为钛金合金。第一栅电极71的材料为镍金合金。第二栅电极72的材料为钛金合金。隔离层6的材料为SiO2。
进一步地，所述第一n型半导体层1的材料为n型轻掺杂氧化镓（n--Ga2O3）。
进一步地，所述第二n型半导体层3的材料为n型重掺杂氧化镓（n+-Ga2O3）。
更进一步地，所述第一n型半导体层1的材料为n型轻掺杂氧化镓（n--Ga2O3），且所述第二n型半导体层3的材料为n型重掺杂氧化镓（n+-Ga2O3）。
进一步地，所述第一p型氮化物为p型氮化镓（p-GaN）或p型氮化铝（p-AlN）或p型氮化镓铝（p-AlGaN）。
更进一步地，所述第一p型氮化物为p型重掺杂氮化镓（P+-GaN）。
进一步地，所述第二p型氮化物为p型氮化镓（p-GaN）或p型氮化铝（p-AlN）或p型氮化镓铝（p-AlGaN）。
更进一步地，所述第二p型氮化物为p型轻掺杂氮化镓（p--GaN）。
再进一步地，所述第一p型氮化物为p型氮化镓（p-GaN）或p型氮化铝（p-AlN）或p型氮化镓铝（p-AlGaN），且所述第二p型氮化物为p型氮化镓（p-GaN）或p型氮化铝（p-AlN）或p型氮化镓铝（p-AlGaN）。
再进一步地，所述第一p型氮化物为p型重掺杂氮化镓（p+-GaN），且所述第二p型氮化物为p型轻掺杂氮化镓（p--GaN）。
实施例2
如图8所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例1的不同之处在于，第一窗口11的底部向第二p型半导体层2内部延伸但是并未贯穿第二p型半导体层2，因此，第一栅电极71的栅足伸入至第二p型半导体层2中（图9）。本实施例中，第一n型半导体层1的材料为n型氧化镓，第二n型半导体层3的材料为n型氧化镓，第一p型半导体层4的材料为第一p型氧化物，第二p型半导体层2的材料为第二p型氧化物。本实施例中得到的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构如图11所示。
进一步地，所述第一n型半导体层1的材料为n型轻掺杂氧化镓（n--Ga2O3）。
进一步地，所述第二n型半导体层3的材料为n型重掺杂氧化镓（n+-Ga2O3）。
更进一步地，所述第一n型半导体层1的材料为n型轻掺杂氧化镓（n--Ga2O3），且所述第二n型半导体层3的材料为n型重掺杂氧化镓（n+-Ga2O3）。
进一步地，所述第一p型氧化物为p型氧化镍，所述第二p型氧化物为p型氧化镍。
实施例3
如图12所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例2的不同之处在于，第二窗口12（图12中未示出）的底部刻蚀深度深入至第一n型半导体层1中但并未贯穿第一n型半导体层1，第二栅电极72的栅足伸入至第一n型半导体层1中。
实施例4
如图14所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例1的不同之处在于，第二窗口12（图14中未示出）的底部刻蚀深度深入至第一n型半导体层1中但并未贯穿第一n型半导体层1，第二栅电极72的栅足伸入至第一n型半导体层1中。
实施例5
如图15所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例1的不同之处在于，第一凹槽9（未在图15中示出，可结合参照图6和图15）的底部刻蚀至第二p型半导体层2中但是并未贯穿第二p型半导体层2，第一窗口11（未在图15中示出，可结合参照图8和图15）的底部与第一凹槽9的底部平齐，因此，第一栅电极71的栅足与第二p型半导体层2被刻蚀后的表面接触。本实施例中，第一n型半导体层1的材料为n型氧化镓，第二n型半导体层3的材料为n型氧化镓，第一p型半导体层4的材料为第一p型氮化物，第二p型半导体层2的材料为第二p型氧化物。
进一步地，所述第一p型氮化物为p型氮化镓，所述第二p型氧化物为p型氧化镍。
更进一步地，所述第一p型氮化物为p型重掺杂氮化镓（p+-GaN）。
实施例6
如图16所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例5的不同之处在于，第二窗口12（图16中未示出）的底部刻蚀深度深入至第一n型半导体层1中但并未贯穿第一n型半导体层1，第二栅电极72的栅足伸入至第一n型半导体层1中。本实施例中，第一n型半导体层1的材料为n型氧化镓，第二n型半导体层3的材料为n型氧化镓，第一p型半导体层4的材料为第一p型氧化物，第二p型半导体层2的材料为第二p型氮化物。
进一步地，所述第一p型氧化物为p型氧化镍，所述第二p型氮化物为p型氮化镓（p-GaN）。
更进一步地，所述第二p型氮化物为轻掺杂p型氮化镓（p--GaN）。
实施例7
如图17所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例5的不同之处在于，第一凹槽9（未在图17中示出，可结合参照图6和图17）的底部刻蚀至第二p型半导体层2中但是并未贯穿第二p型半导体层2，第一窗口11（未在图17中示出，可结合参照图8和图17）的底部与第一凹槽9的底部平齐，因此，第一栅电极71的栅足与第二p型半导体层2被刻蚀后的表面接触。
实施例8
如图18所示，本实施例提供的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的结构与实施例6的不同之处在于，第一凹槽9（未在图18中示出，可结合参照图6和图18）的底部刻蚀至第二p型半导体层2中但是并未贯穿第二p型半导体层2，第一窗口11（未在图18中示出，可结合参照图8和图18）的底部与第一凹槽9的底部平齐，因此，第一栅电极71的栅足与第二p型半导体层2被刻蚀后的表面接触。
实施例9
本实施例提供一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法，包括以下步骤：
S1、在第一衬底上通过氢化物气相外延（HVPE）法外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层1；所述第一衬底为Si衬底。
S2、如图2所示，在第一n型半导体层1的表面通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）法沉积第二p型氮化物，得到第二p型半导体层2。
S3、如图3所示，在第二p型半导体层2的表面通过氢化物气相外延（HVPE）法生长n型氧化镓，得到第二n型半导体层3。
S4、如图4所示，在第二衬底上通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）法沉积第一p型氮化物，得到第一p型半导体层4，将其剥离；将第一p型半导体层4键合到第一n型半导体层1背离第二p型半导体层2的表面；所述第二衬底为Si衬底。
S5、如图5所示，在第一p型半导体层4背离第一n型半导体层1的表面沉积镍金合金，得到阳极5；在氧气和氮气混合气体氛围（氧气含量为25%），在500℃下退火5min，制作欧姆接触。
S6、如图6所示，在第二n型半导体层3的一侧刻蚀出第一凹槽9。在第一凹槽9相同的一侧，从第二n型半导体层3刻蚀至第一n型半导体层1得到第二凹槽10，第二凹槽10的底部位于第一n型半导体层1中但是未贯穿第一n型半导体层1的底部。第一凹槽9与第二凹槽10相连通。如图7所示，第一凹槽9和第二凹槽10中均沉积有隔离层6。
S7、如图8所示，在位于第一凹槽9（图8中未示出，见图6）中的隔离层6中刻蚀出第一窗口11，用于制作第一栅电极，第一窗口11的底部延伸至第二p型半导体层2中但是并未贯穿第二p型半导体层2。如图9所示，在器件结构上沉积镍金合金金属层，保留第一窗口11（见图8）中的金属层，去掉其余部分的金属层，得到第一栅电极71。
S8、如图10所示，在位于第二凹槽10（图10中未示出，见图6）中的隔离层6中刻蚀出第二窗口12，用于制作第二栅电极，第二窗口12的底部与第二凹槽10的底部平齐。如图11所示，在器件结构上沉积钛金合金金属层，保留第二窗口12（见图10）中的金属层和第二n型半导体层3表面的金属层，去掉其余部分的金属层，分别得到第二栅电极72和阴极8。至此，得到完整的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管。
实施例10
本实施例提供一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法，包括以下步骤：
P1、在第一衬底上通过氢化物气相外延（HVPE）法外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层1；在第一n型半导体层1的表面通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）法沉积第一p型氧化物，得到第一p型半导体层4；在第三衬底上通过氢化物气相外延（HVPE）法外延n型氧化镓层并剥离，得到第二n型半导体层3，在第二n型半导体层3的表面通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）法沉积第二p型氧化物，得到第二p型半导体层2。其中，所述第一衬底为Si衬底。所述第三衬底为Si衬底。
P2、将第一n型半导体层1背离第一p型半导体层4的表面与第二p型半导体层2背离第二n型半导体层3的表面键合在一起，第一n型半导体层1与第二n型半导体层3的掺杂浓度不同，第一p型半导体层4与第二p型半导体层2的掺杂浓度不同，得到如图4所示的结构；
P3、在第一p型半导体层背离所述第一n型半导体层的表面沉积阳极金属层，得到阳极；在氧气和氮气混合气体氛围（氧气含量为50%），在400℃下退火6min，制作欧姆接触，得到如图5所示的结构；
P4、如图6所示，在所述第二n型半导体层的一侧刻蚀出第一凹槽；在所述第一凹槽的同侧从上至下刻蚀所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层、所述第一n型半导体层得到第二凹槽；所述第二凹槽的底部位于所述第一n型半导体层中但是未贯穿所述第一n型半导体层；如图7所示，在所述第一凹槽和所述第二凹槽内均沉积隔离层；
P5、如图8所示，在位于所述第一凹槽9（图8中未示出）中的隔离层6中刻蚀出第一窗口11，用于制作第一栅电极，第一窗口11的底部延伸至第二p型半导体层2中但是并未贯穿第二p型半导体层2。如图9所示，在器件结构上沉积镍金合金金属层，保留第一窗口11中的金属层，去掉其余部分的金属层，得到第一栅电极71。
P6、如图10所示，在位于第二凹槽10（图10中未示出）中的隔离层6中刻蚀出第二窗口12，用于制作第二栅电极，第二窗口12的底部与第二凹槽10的底部平齐。如图11所示，在器件结构上沉积钛金合金金属层，保留第二窗口12中的金属层和第二n型半导体层3表面的金属层，去掉其余部分的金属层，分别得到第二栅电极72和阴极8。至此，得到完整的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管。
以上实施例中，所述第一衬底、所述第二衬底、所述第三衬底均可选自硅（Si）衬底、碳化硅（SiC）衬底、氮化镓（GaN）衬底、氧化镓（Ga2O3）衬底、金刚石衬底、蓝宝石衬底中任意一种。步骤S5或步骤P3中，氧气和氮气混合气体中氧气含量在20%~100%范围，退火温度为400~600℃，退火时间为3~6min时，制作欧姆接触的效果不受影响。图12~图18的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法与上述实施例9或实施例10的步骤相同，因而不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。对于任何熟悉本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。任何依据本发明申请保护范围及说明书内容所作的简单的等效变化和修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，由下至上依次包括阳极、第一p型半导体层、第一n型半导体层、第二p型半导体层、第二n型半导体层和阴极；所述阴极与所述第二n型半导体层的一侧由上至下刻蚀有第一凹槽，所述阴极、所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层和所述第一n型半导体层的一侧由上至下刻蚀有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通；所述第一凹槽和所述第二凹槽中均沉积有隔离层；位于所述第一凹槽的隔离层中开设有第一窗口，所述第一窗口中沉积有第一栅电极，位于所述第二凹槽的隔离层中开设有第二窗口，所述第二窗口中沉积有第二栅电极；所述第一栅电极与所述第二p型半导体层接触，所述第二栅电极与所述第一n型半导体层接触；所述第一n型半导体层和所述第二n型半导体层的材料均为n型氧化镓；所述第一p型半导体层的材料为第一p型氮化物或/和第一p型氧化物；所述第二p型半导体层的材料为第二p型氮化物或/和第二p型氧化物。
2.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第一p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种；或/和所述第二p型氮化物为p型氮化镓、p型氮化铝、p型氮化镓铝中任一种。
3.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第一p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜；或/和所述第二p型氧化物为p型氧化镍或p型氧化铜。
4.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第一凹槽的底部刻蚀至所述第二p型半导体层中但未贯穿所述第二p型半导体层。
5.根据权利要求1或4所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第一窗口的刻蚀深度深至所述第二p型半导体层中，但未贯穿所述第二p型半导体层。
6.根据权利要求1或4所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第二窗口的刻蚀深度深至所述第一n型半导体层中，但未贯穿所述第一n型半导体层。
7.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述第一栅电极的材料为镍金合金；或/和所述第二栅电极的材料为钛金合金。
8.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述阳极的材料为镍金合金；或/和所述阴极的材料为钛金合金。
9.根据权利要求1所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管，其特征在于，所述隔离层的材料为二氧化硅、氮化硅、氧化铝中至少一种。
10.权利要求1~9任一项所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在第一衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层；
S2、在所述第一n型半导体层的表面沉积第二p型氮化物或/和第二p型氧化物，得到第二p型半导体层；
S3、在所述第二p型半导体层的表面沉积n型氧化镓，得到第二n型半导体层；
S4、在第二衬底上沉积第一p型氮化物或/和第一p型氧化物，得到第一p型半导体层，将其剥离，然后键合到所述第一n型半导体层背离所述第二p型半导体层的表面；
S5、在所述第一p型半导体层背离所述第一n型半导体层的表面沉积阳极金属层，得到阳极；退火，制作欧姆接触；
S6、在所述第二n型半导体层的一侧刻蚀出第一凹槽；在所述第一凹槽的同侧从上至下刻蚀所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层、所述第一n型半导体层得到第二凹槽；所述第二凹槽的底部位于所述第一n型半导体层中但是未贯穿所述第一n型半导体层；在所述第一凹槽和所述第二凹槽内均沉积隔离层；
S7、在位于所述第一凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第一窗口并沉积第一金属层，得到第一栅电极；
S8、在位于所述第二凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第二窗口，在器件结构上沉积第二金属层，保留所述第二窗口中的所述第二金属层和所述第二n型半导体层表面的所述第二金属层，去除掉其余部分的所述第二金属层，分别得到第二栅电极和阴极。
11.权利要求1~9任一项所述的具有双触发栅电极的氧化镓异质结晶闸管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
P1、在第一衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第一n型半导体层；在所述第一n型半导体层的表面沉积第一p型氮化物或/和第一p型氧化物，得到第一p型半导体层；在第三衬底上外延n型氧化镓层并剥离，得到第二n型半导体层，在所述第二n型半导体层的表面沉积第二p型氮化物或/和第二p型氧化物，得到第二p型半导体层；
P2、将所述第一n型半导体层背离所述第一p型半导体层的表面与所述第二p型半导体层背离所述第二n型半导体层的表面键合在一起；所述第一n型半导体层与所述第二n型半导体层的掺杂浓度不同，所述第一p型半导体层与所述第二p型半导体层的掺杂浓度不同；
P3、在所述第一p型半导体层背离所述第一n型半导体层的表面沉积阳极金属层，得到阳极；退火，制作欧姆接触；
P4、在所述第二n型半导体层的一侧刻蚀出第一凹槽；在所述第一凹槽的同侧从上至下刻蚀所述第二n型半导体层、所述第二p型半导体层、所述第一n型半导体层得到第二凹槽；所述第二凹槽的底部位于所述第一n型半导体层中但是未贯穿所述第一n型半导体层；在所述第一凹槽和所述第二凹槽内均沉积隔离层；
P5、在位于所述第一凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第一窗口并沉积第一金属层，得到第一栅电极；
P6、在位于所述第二凹槽中的所述隔离层中刻蚀出第二窗口，在器件结构上沉积第二金属层，保留所述第二窗口中的所述第二金属层和所述第二n型半导体层表面的所述第二金属层，去除掉其余部分的所述第二金属层，分别得到第二栅电极和阴极。
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