[发明专利]基于AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管及制作方法

权利要求书

1.一种基于AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，包括主体部分和辅体部分，该主体部分自下而上包括：SiC衬底(1)、AlN成核层(2)、n⁺GaN阴极欧姆接触层(3)、电子发射层(4)、n^-GaN有源层(5)和n⁺GaN阳极欧姆接触层(6)；辅体部分包括环形电极(7)、衬底电极(8)、圆形电极(9)、钝化层(10)开孔(11)和通孔(12)；环形电极(7)和衬底电极(8)作为器件的阴极，分别位于n⁺GaN阴极欧姆接触层(3)的上方和SiC衬底(1)的下方，圆形电极(9)作为器件的阳极位于n⁺GaN阳极欧姆接触层(6)的上方，钝化层(8)位于环形电极(7)和圆形电极(9)的上方；开孔(11)和通孔(12)分别位于钝化层(10)和SiC衬底(1)内，通孔(12)将环形电极(7)与衬底电极(8)相连，形成纵向器件结构；

其特征在于：电子发射层(4)采用AlGaN/GaN超晶格，该超晶格设有4～6个周期，每个周期中的GaN层厚度为10-20nm，AlGaN层厚度为10-20nm，且AlGaN层中的Al组分浓度从下至上由0％线性渐变到15％。

2.如权利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，其特征在于SiC衬底(1)选用4H-SiC半绝缘型衬底或6H-SiC半绝缘型衬底或6H-SiC导通型衬底。

3.如权利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，其特征在于AlN成核层(2)的厚度为30～60nm。

4.如权利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，其特征在于n⁺GaN阴极欧姆接触层(3)的厚度为100～400nm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

5.如权利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，其特征在于n^-GaN有源层(4)的厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为0.5～2×10¹⁷cm^-3。

6.如权利要求1所述的AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管，其特征在于n⁺GaN阳极欧姆接触层(5)的厚度为100～400nm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

7.一种基于AlGaN/GaN超晶格电子发射层GaN耿氏二极管的制作方法，按如下过程进行：

(1)外延生长AlN成核层：

采用金属有机物化学气相淀积MOCVD的方法，在n型或绝缘型SiC衬底上，外延生长厚度为30～90nm的AlN成核层；

(2)外延生长n⁺GaN阴极欧姆接触层：

在已外延的AlN成核层上，用金属有机物化学气相淀积MOCVD的方法，外延生长掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3、厚度为100～400nm的n⁺GaN阴极欧姆接触层；

(3)外延生长电子发射层：

3.1)在已外延的n⁺GaN阴极欧姆接触层上，利用分子束外延MBE技术，先外延生长厚度为10-20nm，Al组分浓度从下至上由0％线性渐变到15％的AlGaN层；继续采用MBE技术，外延生长厚度为10-20nm的GaN层，该GaN层与AlGaN层构成超晶格的一个周期；

3.2)重复生长3-5个周期，形成电子发射层；

(4)外延生长n^-GaN有源层：

在AlGaN/GaN超晶格电子发射层上，利用金属有机物化学气相淀积MOCVD的方法，外延生长掺杂浓度为0.5～2×10¹⁷cm^-3、厚度为0.5～2μm的n^-GaN有源层；

(5)外延生长n⁺GaN阳极欧姆接触层：

在所述的n^-GaN有源层上，利用金属有机物化学气相淀积MOCVD的方法，外延生长掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3、厚度为100～400nm的n⁺GaN阳极欧姆接触层；

(6)刻蚀形成大圆形台面：

采用反应离子刻蚀技术对SiC衬底上的外延层进行刻蚀，一直刻蚀至SiC衬底的上表面，以形成直径为d₀的大圆形台面，其中30μm<d₀<60μm；

(7)刻蚀形成小圆形台面：

在所述大圆形台面上继续采用刻蚀技术，形成直径为d₁的小圆形台面，刻蚀深度至n⁺GaN阴极欧姆接触层，10μm<d₁<20μm；

(8)形成圆形电极和环形电极：

8.1)采用真空电子束蒸发技术，在小圆形台面和刻蚀露出的n⁺GaN阴极欧姆接触层上淀积Ti/Al/Ni/Au多层金属，

8.2)采用金属剥离技术，在小圆形台面上形成圆形电极，即耿氏二极管的阳极，在阴极欧姆接触层面上形成环形电极；

(9)形成金属与GaN的欧姆接触：

在950℃的温度下，通入Ar₂进行时间为50秒钟的快速热退火，使n⁺GaN与圆形电极金属和环形电极金属之间形成欧姆接触；

(10)刻蚀形成通孔:

采用反应离子刻蚀技术，在SiC衬底背面刻蚀形成n个通孔，n>＝1，刻蚀深度至环形电极；

(11)形成GaN耿氏二极管的阴极:

在刻蚀形成的SiC通孔以及SiC衬底背面淀积Ti/Al/Ni/Au多层金属，形成阳极衬底电极，衬底电极与环形连接电极一起构成耿氏二极管阴极；

(12)外延生长SiN钝化层并露出二极管的阳极:

12.1)采用PECVD的方法在器件正面淀积厚度为200～400nm的SiN钝化层，

12.2)采用反应离子刻蚀技术在小圆形台面上形成开孔11，露出耿氏二极管阳极。