[發明專利]基于GaN的光電集成器件及其制備方法、外延結構

有效

• 申請號: 201510353140.1
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN104900747B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 陳一峰
• 申請（專利權）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105;H01L31/0304;H01L27/144
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 胡川

1.一種基于GaN的光電集成器件，其特征在于，包括：

襯底；

成核層，所述成核層形成在所述襯底上；

GaN溝道層，所述GaN溝道層形成在所述成核層上；

AlGaN肖特基勢壘層，所述AlGaN肖特基勢壘層形成在所述GaN溝道層上，且所述AlGaN肖特基勢壘層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；

隔離區，所述隔離區從所述AlGaN肖特基勢壘層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內部；

其中，在所述隔離區一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上由下而上依次形成有器件隔離層、N⁺-GaN層、i-AlGaN層、P-AlGaN層和P⁺-GaN層，所述N⁺-GaN層上形成有N型電極，所述P⁺-GaN層上形成有P型電極，在所述隔離區另一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上形成有柵電極、源電極和漏電極，并且所述N型電極與所述N⁺-GaN層之間、所述P型電極與所述P⁺-GaN層之間以及所述源電極和漏電極與所述AlGaN肖特基勢壘層之間均形成歐姆接觸。

2.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述襯底的厚度為50～1000微米，且所述襯底材料為Si、SiC、GaN、Diamond和藍寶石中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述成核層的厚度為10～500納米，且所述成核層材料為AlN和/或AlGaN。

4.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述GaN溝道層的厚度為1～3微米，且所述GaN溝道層與所述成核層構成異質結。

5.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述AlGaN肖特基勢壘層的厚度5～200納米，所述AlGaN肖特基勢壘層與所述GaN溝道層構成異質結，且所述AlGaN肖特基勢壘層中AlGaN的化學式為Al_XGa_1-XN，其中，X為0.1～0.5。

6.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述器件隔離層的厚度為20～1000納米，且所述器件隔離層材料為氮化物介質薄膜。

7.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述N⁺-GaN層的厚度為500～1500納米，摻雜濃度大于或等于1×10¹⁷cm^-3；所述P⁺-GaN層的厚度小于或等于50納米，摻雜濃度大于或等于1×10¹⁸cm^-3。

8.根據權利要求1所述的基于GaN的光電集成器件，其特征在于，所述i-AlGaN層的厚度為100～1500納米，雜質濃度小于或等于1×10¹⁶cm^-3，且所述i-AlGaN層中AlGaN的化學式為Al_YGa_1-YN，其中，Y為0～1；所述P-AlGaN層的厚度為50～800納米，摻雜濃度大于或等于1×10¹⁷cm^-3，且所述P-AlGaN層中AlGaN的化學式為Al_ZGa_1-ZN，其中，Z為0.1～0.5。

9.一種基于GaN的光電集成器件的外延結構，其特征在于，包括由下而上依次形成的襯底、成核層、GaN溝道層、AlGaN肖特基勢壘層、器件隔離層、N⁺-GaN層、i-AlGaN層、P-AlGaN層和P⁺-GaN層，其中，所述AlGaN肖特基勢壘層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣。

10.一種根據權利要求1-8任一項所述的基于GaN的光電集成器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

在襯底上由下而上依次形成成核層、GaN溝道層、AlGaN肖特基勢壘層、器件隔離層、N⁺-GaN層、i-AlGaN層、P-AlGaN層和P⁺-GaN層，同時在所述AlGaN肖特基勢壘層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；

采用離子注入或刻蝕工藝在所述P⁺-GaN層上形成隔離區，所述隔離區從所述P⁺-GaN層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內部；

采用光刻、刻蝕、金屬沉積或剝離工藝在所述隔離區一側的P⁺-GaN層上形成P型電極，并通過快速退火使所述P型電極與所述P⁺-GaN層之間形成歐姆接觸；

采用光刻或刻蝕工藝露出所述隔離區另一側的所述AlGaN肖特基勢壘層以及在所述i-AlGaN層兩側露出所述N⁺-GaN層；

采用光刻、金屬沉積或剝離工藝在所述N⁺-GaN層上形成N型電極，以及在所述AlGaN肖特基勢壘層上形成源電極和漏電極，并通過快速退火使所述N型電極與所述N⁺-GaN層之間以及所述源電極和漏電極與AlGaN肖特基勢壘層之間形成歐姆接觸；

采用光刻、金屬沉積或剝離工藝在所述AlGaN肖特基勢壘層上的源電極和漏電極之間形成柵電極。