[發(fā)明專利]基于AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410270942.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN104022220B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊林安;許詳;李亮;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L47/02
• 分類號(hào): H01L47/02;H01L47/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

1.一種基于AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，包括主體部分和輔體部分，該主體部分自下而上包括：SiC襯底(1)、AlN成核層(2)、n⁺GaN陰極歐姆接觸層(3)、電子發(fā)射層(4)、n^-GaN有源層(5)和n⁺GaN陽(yáng)極歐姆接觸層(6)；輔體部分包括環(huán)形電極(7)、襯底電極(8)、圓形電極(9)、鈍化層(10)開孔(11)和通孔(12)；環(huán)形電極(7)和襯底電極(8)作為器件的陰極，分別位于n⁺GaN陰極歐姆接觸層(3)的上方和SiC襯底(1)的下方，圓形電極(9)作為器件的陽(yáng)極位于n⁺GaN陽(yáng)極歐姆接觸層(6)的上方，鈍化層(8)位于環(huán)形電極(7)和圓形電極(9)的上方；開孔(11)和通孔(12)分別位于鈍化層(10)和SiC襯底(1)內(nèi)，通孔(12)將環(huán)形電極(7)與襯底電極(8)相連，形成縱向器件結(jié)構(gòu)；

其特征在于：電子發(fā)射層(4)采用AlGaN/GaN超晶格，該超晶格設(shè)有4～6個(gè)周期，每個(gè)周期中的GaN層厚度為10-20nm，AlGaN層厚度為10-20nm，且AlGaN層中的Al組分濃度從下至上由0％線性漸變到15％。

2.如權(quán)利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，其特征在于SiC襯底(1)選用4H-SiC半絕緣型襯底或6H-SiC半絕緣型襯底或6H-SiC導(dǎo)通型襯底。

3.如權(quán)利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，其特征在于AlN成核層(2)的厚度為30～60nm。

4.如權(quán)利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，其特征在于n⁺GaN陰極歐姆接觸層(3)的厚度為100～400nm，摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3。

5.如權(quán)利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，其特征在于n^-GaN有源層(4)的厚度為0.5～2μm，摻雜濃度為0.5～2×10¹⁷cm^-3。

6.如權(quán)利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管，其特征在于n⁺GaN陽(yáng)極歐姆接觸層(5)的厚度為100～400nm，摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3。

7.一種基于AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層GaN耿氏二極管的制作方法，按如下過(guò)程進(jìn)行：

(1)外延生長(zhǎng)AlN成核層：

采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD的方法，在n型或絕緣型SiC襯底上，外延生長(zhǎng)厚度為30～90nm的AlN成核層；

(2)外延生長(zhǎng)n⁺GaN陰極歐姆接觸層：

在已外延的AlN成核層上，用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD的方法，外延生長(zhǎng)摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3、厚度為100～400nm的n⁺GaN陰極歐姆接觸層；

(3)外延生長(zhǎng)電子發(fā)射層：

3.1)在已外延的n⁺GaN陰極歐姆接觸層上，利用分子束外延MBE技術(shù)，先外延生長(zhǎng)厚度為10-20nm，Al組分濃度從下至上由0％線性漸變到15％的AlGaN層；繼續(xù)采用MBE技術(shù)，外延生長(zhǎng)厚度為10-20nm的GaN層，該GaN層與AlGaN層構(gòu)成超晶格的一個(gè)周期；

3.2)重復(fù)生長(zhǎng)3-5個(gè)周期，形成電子發(fā)射層；

(4)外延生長(zhǎng)n^-GaN有源層：

在AlGaN/GaN超晶格電子發(fā)射層上，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD的方法，外延生長(zhǎng)摻雜濃度為0.5～2×10¹⁷cm^-3、厚度為0.5～2μm的n^-GaN有源層；

(5)外延生長(zhǎng)n⁺GaN陽(yáng)極歐姆接觸層：

在所述的n^-GaN有源層上，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD的方法，外延生長(zhǎng)摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3、厚度為100～400nm的n⁺GaN陽(yáng)極歐姆接觸層；

(6)刻蝕形成大圓形臺(tái)面：

采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)SiC襯底上的外延層進(jìn)行刻蝕，一直刻蝕至SiC襯底的上表面，以形成直徑為d₀的大圓形臺(tái)面，其中30μm<d₀<60μm；

(7)刻蝕形成小圓形臺(tái)面：

在所述大圓形臺(tái)面上繼續(xù)采用刻蝕技術(shù)，形成直徑為d₁的小圓形臺(tái)面，刻蝕深度至n⁺GaN陰極歐姆接觸層，10μm<d₁<20μm；

(8)形成圓形電極和環(huán)形電極：

8.1)采用真空電子束蒸發(fā)技術(shù)，在小圓形臺(tái)面和刻蝕露出的n⁺GaN陰極歐姆接觸層上淀積Ti/Al/Ni/Au多層金屬，

8.2)采用金屬剝離技術(shù)，在小圓形臺(tái)面上形成圓形電極，即耿氏二極管的陽(yáng)極，在陰極歐姆接觸層面上形成環(huán)形電極；

(9)形成金屬與GaN的歐姆接觸：

在950℃的溫度下，通入Ar₂進(jìn)行時(shí)間為50秒鐘的快速熱退火，使n⁺GaN與圓形電極金屬和環(huán)形電極金屬之間形成歐姆接觸；

(10)刻蝕形成通孔:

采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，在SiC襯底背面刻蝕形成n個(gè)通孔，n>＝1，刻蝕深度至環(huán)形電極；

(11)形成GaN耿氏二極管的陰極:

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，形成陽(yáng)極襯底電極，襯底電極與環(huán)形連接電極一起構(gòu)成耿氏二極管陰極；

(12)外延生長(zhǎng)SiN鈍化層并露出二極管的陽(yáng)極:

12.1)采用PECVD的方法在器件正面淀積厚度為200～400nm的SiN鈍化層，

12.2)采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在小圓形臺(tái)面上形成開孔11，露出耿氏二極管陽(yáng)極。