[發(fā)明專(zhuān)利]一種GaN基PIN二極管器件結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910870538.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110544719A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紫輝;劉亞津;張勇輝;賈興宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L29/868;H01L21/329
• 代理公司: 12210 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 趙鳳英<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

1.一種GaN基PIN二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征為該二極管器件結(jié)構(gòu)沿著外延生長(zhǎng)方向依次包括：襯底、緩沖層、N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層；

所述的N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層上分布有N-型本征層，所述的N-型本征層的投影面積為N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層的30%~60%；

所述的N-型本征層上生長(zhǎng)有P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層，P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層頂部外緣環(huán)狀部分為N-型插入層，所述的N-型插入層的投影面積為P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層面積的40%~60%；

所述的N-型插入層的厚度為10nm~100nm，為在P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層的材質(zhì)上注入N型離子而得，所述的N型離子為硅離子，注入的量為10¹⁶cm^-3~10¹⁹ cm^-3；

所述的N-型插入層的外緣上生長(zhǎng)有環(huán)狀的絕緣層，所述的絕緣層的投影面積為N-型插入層的40%~60%；

所述的電流擴(kuò)展層在絕緣層以及暴露的P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層、N-型插入層部分之上；

P-型歐姆電極位于電流擴(kuò)展層的上表面，其投影面積為電流擴(kuò)展層的10%~30%；

所述的N-型歐姆電極位于暴露的N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層上，其投影面積為N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層的30%~50%。

2.如權(quán)利要求1所述的GaN基PIN二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征為所述襯底的材質(zhì)為藍(lán)寶石、Si、SiC、GaN或AlN；

所述緩沖層的材質(zhì)為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，式中各元素的組分x1、y1和1-x1-y1均介于0和1之間，厚度為10nm～50nm；

所述N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層的材質(zhì)為GaN，厚度為20nm～1000nm；

所述N-型本征層的材質(zhì)為GaN，厚度為20nm～1000nm；

所述P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層的材質(zhì)為GaN，厚度為20nm～500nm。

3.如權(quán)利要求1所述的GaN基PIN二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征為所述的電流擴(kuò)展層的材質(zhì)為Ni或Cr，厚度為3nm～300nm；

所述P型歐姆電極的材質(zhì)為Ni/Au、Cr/Au、Pt/Au或Ni/Al，厚度為 200nm～1000nm；

所述N型歐姆電極的材質(zhì)為Al/Au、Cr/Au或Ti/Al/Ti/Au，厚度為 200nm～1000nm；

所述絕緣層為非摻雜的AlN、SiO₂、Si₃N₄或Al₂O₃，厚度為50 nm～5000 nm。

4.如權(quán)利要求1所述的GaN基PIN二極管器件結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征為該方法包括以下步驟：

第一步，在MOCVD(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)或者M(jìn)BE（分子束外延）反應(yīng)爐中，對(duì)襯底進(jìn)行高溫900℃~1400℃烘烤，以除掉附著在襯底表面的異物；

第二步，在MOCVD 或者M(jìn)BE反應(yīng)爐中，在第一步處理后的襯底表面上外延生長(zhǎng)緩沖層，生長(zhǎng)溫度為500℃~1200℃，氣壓為90mbar~400mbar；

第三步，在第二步得到的緩沖層上外延生長(zhǎng)N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層；

第四步，在第三步中得到的N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層上外延生長(zhǎng)N-型本征層；

第五步，在第四步中得到的N-型本征層上外延生長(zhǎng)P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層；通過(guò)光刻和干法刻蝕工藝制作臺(tái)階，暴露出N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層；

第六步，第五步中得到的P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層上，通過(guò)離子注入或者外延生長(zhǎng)結(jié)合選區(qū)刻蝕的方法制備N(xiāo)-型插入層，注入的離子為硅離子；

第七步，在第六步得到N-型插入層上蒸鍍絕緣層，隨后利用光刻技術(shù)對(duì)絕緣體材料刻蝕出圓環(huán)形圖案，該圖案沿著N-型插入層的邊緣而覆蓋；

第八步，在第七步得到的絕緣層上通過(guò)光刻和濕法刻蝕制作圖形化電流擴(kuò)展層，位于P-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層、絕緣層和N-型插入層部分之上；

第九步，在第八步得到的電流擴(kuò)展層上蒸鍍并光刻制作出P-型歐姆電極；

第十步，在第五步中暴露出的N-型重?fù)诫s半導(dǎo)體傳輸層上蒸鍍并光刻制作出N-型歐姆電極；

由此得到本實(shí)施例的一種PIN二極管器件的芯片外延結(jié)構(gòu)。