[發明專利]利用氟離子注入實現的氮化鎵PN結及其制造方法

在審

• 申請號: 201710182867.7
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106847934A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 趙琳娜;閆大為;顧曉峰;陳雷雷
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L21/265;H01L21/266;H01L21/329
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技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種基于氮化鎵(gallium nitride，GaN)材料的PN結及其制造方法。

背景技術

目前GaN基PN結的生長方法多基于金屬有機物化學氣相淀積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)法。采用原位生長的GaN的無意識摻雜類型為n型，具有很高的背景載流子濃度，n型的背景載流子對p型會產生強烈的補償作用，因此GaN的p型摻雜相對于n型具有更高的難度。現有的形成p型摻雜GaN半導體層的方法，是對原位生長的Mg摻雜的GaN進行低能電子輻照處理，或在氮氣氣氛下高溫退火，以獲得有效摻雜的p型GaN。

而硅(silicon，Si)工藝普遍采用離子注入技術生成n型材料和p型材料，這是由于離子注入具有諸多優點：①純凈摻雜。離子注入是在真空系統中進行的，同時使用高分辨率的質量分析器，保證摻雜離子具有極高的純度；②摻雜離子濃度不受平衡固溶度的限制。原則上各種元素均可成為摻雜元素，并可以達到常規方法所無法達到的摻雜濃度；③注入離子的濃度和深度分布精確可控。注入的離子數決定于積累的束流，深度分布則由加速電壓控制，這兩個參量可以由外界系統精確測量、嚴格控制；④注入離子時襯底溫度可自由選擇。根據需要既可以在高溫下摻雜，也可以在室溫或低溫條件下摻雜。這在實際應用中是很有價值的；⑤大面積均勻注入。離子注入系統中的束流掃描裝置可以保證在很大的面積上具有很高的摻雜均勻性；⑥離子注入摻雜深度小。一般在1um以內(例如對于100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um)。基于上述優點，采用離子注入方法實現有效摻雜的p型區是GaN基元器件生長工藝未來的發展方向，也是GaN工藝與Si工藝兼容的必須解決的難題。

有鑒于此，本發明即針對上述現有技術的不足，提出一種利用氟離子注入實現的GaN基PN結及其制造方法。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足與缺陷，提出一種利用氟離子注入實現的氮化鎵(gallium nitride，GaN)基PN結及其制造方法。

為達上述目的，本發明提供了一種氟離子注入實現的GaN基PN結，包括：

襯底；

n型GaN半導體層，所述n型摻雜GaN半導體層形成于所述襯底之上，并在所述n型摻雜GaN半導體層上設置有第一電極；

p型GaN半導體層，所述p型摻雜GaN半導體層嵌于所述n型摻雜GaN半導體層中部區域，通過氟離子注入實現，并在所述p型摻雜GaN半導體層上設置有第二電極。

在其中一個實施例中，所述p型摻雜GaN半導體層的橫截面為圓形；

所述第二電極的橫截面為圓形，且所述第二電極的橫截面面積小于所述p型GaN半導體層的橫截面面積；

所述第一電極的橫截面為中部開設有圓形通孔的正方形結構，所述第一電極將p型GaN半導體層圍設在其圓形通孔內，且所述第一電極的橫截面面積小于所述n型GaN半導體層的橫截面面積。

在其中一個實施例中，所述第一電極為鈦鋁鎳金(Ti/Al/Ni/Au)四層電極，所述第二電極為鎳金(Ni/Au)雙層電極。

如上所述的制造方法，進一步，包括以下步驟：

步驟31，提供襯底，在所述襯底上生長n型GaN半導體層；

進一步，所述襯底，其例如但不限于硅(silicon，Si)襯底、藍寶石襯底或非故意摻雜的GaN襯底；

步驟32，在所述n型GaN半導體層上沉積第一電極；

步驟33，通過離子注入法注入氟離子，在所述n型摻雜GaN半導體層中的指定位置形成p型摻雜GaN半導體層；

步驟34，在所述p型GaN半導體層上沉積第二電極；

步驟35，對整個GaN半導體層進行高溫熱處理，激活摻雜元素并減小GaN界面的缺陷密度。

在其中一個實施例中，所述步驟32包括以下步驟：

在n型GaN半導體表面涂覆光刻膠，形成第一掩膜；

紫外光刻所述第一掩膜，在所述n型GaN半導體上形成第一窗口；

利用電子束蒸發法在所述第一窗口的表面沉積第一電極；

去除所述n型GaN半導體表面涂覆的光刻膠，并對所述n型GaN半導體進行熱處理。

在其中一個實施例中，所述步驟33包括以下步驟：

在n型GaN半導體表面涂覆光刻膠，形成第二掩膜；

紫外光刻所述第二掩膜，在所述n型GaN半導體上形成第二窗口；