[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

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及宽带隙半导体GaN材料的耿氏二极管，可用于高频、大功率器件制作。

技术背景

由于GaN具有禁带宽度大、化学性质稳定、击穿场强高，不易热本征的特点，因此对于毫米波大功率半导体器件的制造，GaN被视为是很有希望的材料，也是目前的研究热点。与传统III-V族化合物半导体GaAs相比，GaN的负阻振荡基频频率达到750GHz，远远超过GaAs的140GHz，此外，对于GaN基的电子器件，其输出功率也比GaAs基电子器件高出1～2个数量级，可以达到几百毫瓦甚至几瓦。因此，研究GaN基的毫米波大功率器件具有重要意义。

目前已经提出的一些n⁺/n^-/n⁺耿氏器件结构主要区别在n^—有源区的掺杂形式，如均匀掺杂有源区结构、插入凹槽(notch)掺杂层的非均匀掺杂有源区结构、带n型尖峰掺杂的非均匀掺杂有源区结构。但是均匀掺杂有源区结构和notch掺杂结构的“死区”长度较大，对于改善器件的电特性并不是特别明显。带n型尖峰掺杂的结构，虽然改善“死区”长度的问题，但在异质外延中无法有效降低位错浓度。

为了实现在减小“死区”长度的同时，降低位错浓度。近年来的文献报道中提出了AlGaN电子发射层的概念，但其中大多采用的是单层或者双层的结构。比如采用单层AlN或AlGaN作为电子发射层，这种结构虽然能起到使位错发生弯曲湮灭的作用，但是只能进行一次过滤，并不能显著降低位错浓度。也有人提出了AlGaN/GaN双层结构，但是这种结构没有考虑对AlGaN采用渐变Al组分，由于GaN与AlGaN之间存在较大的晶格失配，一旦应力释放，电子发射层中将会引入新的位错，影响太赫兹器件的电特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于AlGaN/GaN超晶格电子发射层的GaN耿氏二极管及制作方法，其最显著的特点是既可以减小“死区”长度以提高畴稳定性，又可以在对位错实现多次过滤的同时减小晶格失配程度以改善器件有源区结晶质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一.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、AlN成核层、n⁺GaN阴极欧姆接触层、电子发射层、n^-GaN有源层和n⁺GaN阳极欧姆接触层；辅体部分包括环形电极、衬底电极、圆形电极、钝化层、开孔和通孔；环形电极和衬底电极作为器件的阴极，分别位于n⁺GaN阴极欧姆接触层的上方和SiC衬底的下方，圆形电极作为器件的阳极位于n⁺GaN阳极欧姆接触层的上方，钝化层位于环形电极和圆形电极的上方；开孔和通孔分别位于钝化层和SiC衬底内，通孔将环形电极与衬底电极相连，形成纵向器件结构；

所述电子发射层采用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％。

作为优选，所述SiC衬底为4H-SiC半绝缘型衬底、6H-SiC半绝缘型衬底或者6H-SiC导通型衬底。

作为优选，所述AlN成核层的厚度为30～60nm。

作为优选，所述n⁺GaN阴极欧姆接触层的厚度为100～400nm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

作为优选，所述n^-GaN有源层的厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为0.5～2×10¹⁷cm^-3。

作为优选，所述n⁺GaN阳极欧姆接触层的厚度为100～400nm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

二.制作上述GaN耿氏二极管的方法，包括如下步骤：

(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：