[發明專利]基于SiC襯底的太赫茲GaN耿氏二極管及其制作方法

有效

• 申請號: 201210005728.4
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102522502A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 楊林安;毛偉;何寒冰;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L47/02
• 分類號: H01L47/02
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于SiC襯底的以InAlN作為電子發射層的太赫茲GaN耿氏二極管，從下到上分別為SiC襯底、AlN成核層、n⁺GaN歐姆接觸層、電子發射層、n^-GaN有源層和n⁺GaN歐姆接觸層，其特征在于：電子發射層采用In組份為14％～22％的InAlN材料，厚度為80～200nm；SiC襯底上刻蝕有通孔(1)，襯底的底部淀積有金屬Ti/Al/Ni/Au，該金屬通過通孔與環形電極(5)相連，形成縱向器件結構。

2.根據權利要求1所述的太赫茲GaN耿氏二極管，其特征在于AlN成核層厚度為30～50nm。

3.根據權利要求1所述的太赫茲GaN耿氏二極管，其特征在于n⁺GaN陰極歐姆接觸層(2)的厚度為0.5～1.5μm，摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3。

4.根據權利要求1所述的太赫茲GaN耿氏二極管，其特征在于n^-GaN有源層厚度為0.5～2μm，摻雜濃度為0.5～2×10¹⁷cm^-3。

5.根據權利要求1所述的太赫茲GaN耿氏二極管，其特征在于n⁺GaN陽極歐姆接觸層(3)的厚度為100～400nm，摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3。

6.一種基于n型或半絕緣型SiC襯底的太赫茲GaN耿氏二極管的制作方法，按如下過程進行：

(1)在n型或絕緣型SiC基片上采用金屬有機物化學氣相淀積MOCVD方法，先外延生長厚度為30～50nm的AlN成核層，再外延生長摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3、厚度為0.5～1.5μm的n⁺GaN陰極歐姆接觸層；

(2)在陰極歐姆接觸層上利用脈沖金屬有機物化學氣相淀積PMOCVD方法，生長厚度為80～200nm，In組份為14％～22％的電子發射層InAlN；

(3)在InAlN電子發射層上利用MOCVD方法，依次外延生長摻雜濃度為0.5～2×10¹⁷cm^-3、厚度為0.5～2μm的n^-GaN有源層和摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3、厚度為100～400nm的n⁺GaN陽極歐姆接觸層；

(4)在GaN外延層上采用刻蝕技術形成直徑為d_大的大圓形臺面，刻蝕深度至SiC襯底上表面，30μm＜d_大＜60μm；

(5)在所述大圓形GaN臺面上繼續采用刻蝕技術，形成耿氏直徑為d_小的小圓形有源臺面，刻蝕深度至n⁺GaN陰極歐姆接觸層，10μm＜d_小＜20μm；

(6)在小圓形有源臺面上和刻蝕露出的n⁺GaN陰極歐姆接觸層上淀積Ti/Al/Ni/Au多層金屬，經金屬剝離，在小圓形臺面上形成圓形電極(4)，即耿氏二極管的陽極，在陰極歐姆接觸層面上形成環形連接電極；

(7)在1000℃的溫度下，通入Ar₂，進行時間為50秒鐘的快速熱退火，使n⁺GaN與小圓形電極金屬和環形連接電極金屬之間形成歐姆接觸；

(8)在步驟(4)中露出的環形SiC襯底背面刻蝕形成n個通孔，n＞＝1，刻蝕深度至環形連接電極；

(9)在刻蝕形成的SiC通孔以及SiC襯底背面淀積Ti/Al/Ni/Au多層金屬，形成襯底電極10，襯底電極與環形連接電極一起構成耿氏二極管陰極；

(10)采用PECVD在器件正面淀積厚度為200～400nm的SiN鈍化層，并在小圓形臺面開孔9，露出耿氏二極管陽極。