铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管及制作方法。本发明专利技术的二极管包括：GaN外延层，n+GaN集电极欧姆接触层，第一GaN隔离层，第一InAlN势垒层，GaN主量子阱层，第二InAlN势垒层，InGaN隔离层，n+InGaN发射极欧姆接触层，圆形电极，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一GaN隔离层接触的环形电极，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方的AlN钝化层。本发明专利技术的二极管的发射极欧姆接触层采用InGaN材料，增大峰值电流，提高输出功率；二极管的制作方法中，生长InGaN后没有高温工艺，没有In析出，减小器件漏电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，更进一步涉及微电子器件
中的一种铟镓氮InGaN发射极欧姆接触层的共振隧穿二极管RTD(Resonant Tunneling Diode)及制作方法。本专利技术可以作为高频、大功率器件，应用在微波和高速数字电路领域。
技术介绍
宽带隙半导体GaN材料的共振隧穿二极管RTD是一种靠量子共振隧穿效应工作的新型纳米器件，具有双稳态、自锁特性和明显的负阻特性。共振隧穿二极管RTD本征电容很小，所以它具有很高的速度和工作频率。相较其他纳米器件，它的发展更快更成熟，已经进入应用阶段。随着器件设计和工艺的不断发展，共振隧穿二极管RTD构成的振荡器频率已达太赫兹范围，成为太赫兹器件源的重要选择。近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，因其较大的禁带宽度、高热导率、高电子饱和速率等特性，受到人们广泛关注。而基于GaN材料制成的共振隧穿二极管则继承了GaN材料的优点，具有高工作频率、大功率、耐高温等特性。天津大学在其申请的专利文件“发射区In组分渐变集电区高In过渡层的RTD”(公开号CN 104733545 A，申请号201510084845.8，申请日2015.02.17)中公开了一种发射区In组分渐变集电区高In过渡层的共振隧穿二极管RTD。该方法是以AlAs/InGaAs/AlAs结构的共振隧穿二极管为基础，发射区In组分渐变，集电区的In组分很高。该方法存在的不足之处是，由于AlAs/InGaAs界面处的二维电子气浓度不高，迁移率也不高，工作频率和输出功率都无法满足太赫兹器件的输出要求。西安电子科技大学在其专利申请文件“具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法”(公开号CN 104465913 A，申请号201410696211.3，申请日2014.11.26)中公开了一种具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法。该方法是以InAlN/GaN/InAlN结构的共振隧穿二极管为基础，在第一GaN主量子阱层和第二GaN主量子阱层之间插入第一InGaN子量子阱层，在第二InAlN势垒层和第二GaN隔离层之间插入第二InGaN子量子阱层。该方法存在的不足之处是，由于第二GaN隔离层和第二InGaN子量子阱层之间存在负极化电荷，会发生电子的耗尽，从而减小峰值电流，降低输出功率；在InGaN上生长GaN需要高温工艺，可能发生In析出，漏电大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对铟镓氮InGaN发射极欧姆接触层的共振隧穿二极管RTD，采用GaN材料的共振隧穿二极管RTD的峰值电流小、输出功率低的缺点，提出一种InGaN发射极欧姆接触层的共振隧穿二极管RTD，增大峰值电流，提高器件功率。为了实现上述目的，本专利技术的具体思路是：发射极欧姆接触层使用InGaN材料，则不存在GaN/InGaN界面，负极化电荷也不存在，增大峰值电流，提高输出功率。且InGaN发射极欧姆接触层位于半导体材料的顶层，生长InGaN材料后没有高温工艺过程，不存在In析出，减小了漏电。本专利技术的铟镓氮InGaN发射极欧姆接触层的共振隧穿二极管RTD，包括：位于衬底上方的GaN外延层，位于GaN外延层上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方中央位置的第一GaN隔离层，第一InAlN势垒层、GaN主量子阱层、第二InAlN势垒层、InGaN隔离层、圆形电极依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一GaN隔离层接触的环形电极，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方的钝化层。n十InGaN发射极欧姆接触层位于InGaN隔离层和圆形电极之间，发射极欧姆接触层的材料是InGaN。本专利技术的RTD二极管制作方法，包括如下步骤：(1)在GaN自支撑衬底上外延GaN层：采用分子束外延MBE方法，在衬底(1)上生长GaN外延层(2)；(2)生长n十GaN集电极欧姆接触层：采用分子束外延MBE方法，在GaN外延层(2)上生长n十GaN集电极欧姆接触层(3)；n十GaN集电极欧姆接触层(3)的厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；(3)生长第一GaN隔离层：采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层(3)上生长第一GaN隔离层(4)；第一GaN隔离层(4)的厚度为2～6nm；(4)生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构：(4a)采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层(4)上生长第一InAIN势垒层(5)；第一InAIN势垒层(5)的厚度为0.8～1.2nm，In的组分为16％～18％；(4b)采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层(5)上生长GaN主量子阱层(6)；GaN主量子阱层(6)的厚度为0.8～1.2nm；(4c)采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层(6)上生长第二InAIN势垒层(7)；第二InAIN势垒层(7)的厚度为0.8～1.2nm，In的组分为16％～18％；(5)生长InGaN隔离层：采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层(7)上生长InGaN隔离层(8)，InGaN隔离层(8)的厚度为2～6nm，In的组分为3％～7％；(6)生长n十InGaN发射极欧姆接触层：采用分子束外延MBE方法，在InGaN隔离层(8)上生长n十InGaN发射极欧姆接触层(9)，n十InGaN发射极欧姆接触层(9)的厚度为80～120nm，In的组分为3％～7％，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；(7)形成小圆形台面：在n十InGaN发射极欧姆接触层(9)上光刻形成直径为5～10μm的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层(3)，形成小圆形台面；(8)淀积AlN钝化层：采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为200～400nm的AlN钝化层(12)，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔；(9)形成环形电极和圆形电极：在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极(10)和圆形电极(11)；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，由于本专利技术中铟镓氮InGaN发射极欧姆接触层的共振隧穿二极管RTD的发射极欧姆接触层采用InGaN材料，不存在GaN/InGaN界面的负极化电荷，克服了现有技术中峰值电流小，输出功率小的缺点，因而使得本专利技术具有更高的峰值电流，更大的输出功率的优点。第二，由于本专利技术的共振隧穿二极管RTD的制作方法中，InGaN发射极欧姆接触层位于半导体材料的顶层，因此生长InGaN材料后没有高温工艺过程，克服了现有技术中会发生In析出的缺点，因而使得本专利技术具有更小漏电的优点。附图说明图1是本专利技术二极管的剖面结构图；图2是本专利技术二极管的俯视图；图3是本专利技术制作方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管，包括：位于衬底(1)上方的GaN外延层(2)，位于GaN外延层(2)上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层(3)，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方中央位置的第一GaN隔离层(4)，第一InAlN势垒层(5)、GaN主量子阱层(6)、第二InAlN势垒层(7)、InGaN隔离层(8)、圆形电极(11)依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层(4)上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方且不与第一GaN隔离层(4)接触的环形电极(10)，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方的钝化层(12)；其特征在于：所述的n十InGaN发射极欧姆接触层(9)位于InGaN隔离层(8)和圆形电极(11)之间，发射极欧姆接触层的材料是InGaN。

【技术特征摘要】
1.一种铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管，包括：位于衬底(1)上方的GaN外延层(2)，位于GaN外延层(2)上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层(3)，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方中央位置的第一GaN隔离层(4)，第一InAlN势垒层(5)、GaN主量子阱层(6)、第二InAlN势垒层(7)、InGaN隔离层(8)、圆形电极(11)依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层(4)上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方且不与第一GaN隔离层(4)接触的环形电极(10)，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方的钝化层(12)；其特征在于：所述的n十InGaN发射极欧姆接触层(9)位于InGaN隔离层(8)和圆形电极(11)之间，发射极欧姆接触层的材料是InGaN。2.一种铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管制作方法，包括如下步骤：(1)在GaN自支撑衬底上外延GaN层：采用分子束外延MBE方法，在衬底(1)上生长GaN外延层(2)；(2)生长n十GaN集电极欧姆接触层：采用分子束外延MBE方法，在GaN外延层(2)上生长n十GaN集电极欧姆接触层(3)；n十GaN集电极欧姆接触层(3)的厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；(3)生长第一GaN隔离层：采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层(3)上生长第一GaN隔离层(4)；第一GaN隔离层(4)的厚度为2～6nm；(4)生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构：(4a)采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层(4)上生长第一InAIN势垒层(5)；第一InAIN势垒层(5)的厚度为0.8～1.2nm，In的组分为16％～18％；(4b)采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层(5)上生长GaN主量子阱层(6)；GaN主量子阱层(6)的厚度为0.8～1.2nm；(4c)采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层(6)上生长第二InAIN势垒层(7)；第二InAIN势垒层(7)的厚度为0.8～1.2nm，In的组分为16％～18％；(5)生长InGaN隔离层：采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层(7)上生长InGaN隔离层(8)，InGaN隔离层(8)的厚度为2～6nm，In的组分为3％～7％；(6)生长n十InGaN发射极欧姆接触层：采用分子束外延MBE方法，在InGaN隔离层(8)上生长n十InGaN发射极欧姆接触层(9)，n十InGaN发射极欧姆接触层(9)的厚度为80～120nm，In的组分为3％～7％，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；(7)形成小圆形台面：在n十InGaN发射极欧姆接触层(9)上光刻形成直径为5～10μm的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层(3)，形成小圆形台面；(8)淀积AlN钝化层：采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为200～400nm的AlN钝化层(12)，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔；(9)形成环形电极和圆形电极：在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极(10)和圆形电极(11)；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。3.根据权利要求2所述的铟镓氮发射极欧姆接触层的RTD二极管制作方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(3)、步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进成，黄金金，于婷，陆芹，郝跃，薛军帅，杨林安，林志宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61