GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种GaN/SiC异质结侧向光控IMPATT二极管及其制备方法。首先，确定n型GaN和p型SiC的晶体结构、材料参数，根据目标IMPATT二极管的工作频率计算出n区、p区长度；其次，选择当前晶型(p)SiC晶片为衬底，按照n、p区长度在衬底上分别形成n

【技术实现步骤摘要】
GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法
本专利技术涉及电子晶体管
，尤其涉及一种GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT(碰撞雪崩渡越时间，ImpactAvalancheandTransist-Time)二极管及其制备方法。
技术介绍
直接带隙氮化镓(GaN)、间接带隙碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体材料，以其宽禁带、高击穿临界场强、高饱和速度和高热导率等特性成为高频、高温、高压、大功率和抗辐射电子器件的理想材料。GaN的Baliga品质因数BFOM(Baligafigureofmerit)、电子迁移率等参数高于SiC的相应值[R.S.Pengelly，etal，IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，2012，60(6)：1764-1783.]，适用于高频大功率器件；而SiC的过剩噪声因子k远小于GaN的值，因而SiC器件的噪声更低。GaN/SiC异质结构兼具两种材料的优势，有助于改善异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结场效应管(HFET)、紫外探测器等的性能，因而受到科技工作者的广泛关注，已在异质结制备方法及结构表征、异质结物理性质、异质结器件及应用等方面开展了大量工作。例如，B.Moran使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在(n+)SiC上生长了Si掺杂Al组份逐步减小的AlGaN薄膜[B.Moran，etal，JournalofCrystalGrowth，2000，221(1)：301-304.]，形成梯度(n)AlGaN/(n+)SiC异质结，当Si掺杂浓度低时，异质结I-V特征表现为二极管整流行为；当Si掺杂浓度高时，适度Al组份的梯度(n)AlGaN/(n+)SiC异质结I-V特征显示欧姆接触行为，即(n)AlGaN、(n+)SiC的导带可以线性对准。又如，J.T.Torvik等比较了MOCVD方法研制的(n)GaN/(p)4H-SiC/(n)4H-SiC、(n)GaN/(p)6H-SiC/(n)6H-SiC两种HBT的电学特征[J.T.Torvik，etal，Solid-StateElectronics，2000，44(7)：1229-1233.]，在此两种HBT器件中，前、后二者室温下的直流电流增益分别达到15、106，GaN发射区与SiC基区的导带带阶(ΔEc)小，能够提高发射区的注入效率，而两者的价带带阶(ΔEv)大，阻止空穴从基区注入到发射区，可以达到很高的电流增益；间接带隙SiC基区的少子寿命比较长，基区掺杂浓度可以达到1019cm-3，能够降低基区电阻，抑制厄利效应，提高器件基区的传输因子，方便与金属电极形成欧姆接触；高击穿临界场强、高热导率的SiC集电区可以作为耐压的热沉，提高工作电流密度，(p)6H-SiC、p/n型6H-SiC同质结的光致发光(PL)、电致发光(EL)谱显示，(p)6H-SiC的导带底1.8eV左右有深能级缺陷，引起低的导通电压。L.E.Rodak等采用等离子体辅助的分子束外延(MBE)方法制备了AlGaN/(AlN)/SiC异质结二极管紫外光探测器[L..E.Rodak，etal，2012LesterEastmanConferenceonHighPerformanceDevices(LEC)，Singapore，7-9Aug.2012：1-6.]，通过在AlGaN、SiC之间引入AlN界面电荷控制层，反向偏置电压升高时，SiC侧吸收的低能光子产生的电子能够越过此时的势垒，长波的光响应增强。最近研制的AlGaN/SiC异质结轴向IMPATT二极管展示了优良的应用前景[S.Banerjee，JournalofSemiconductors，2015，36(6)：064002-1-8.]，拥有比Si同质结器件更加优异的大信号性能，但是还没有GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管的报道。以不同晶型的SiC晶片为衬底的平面GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管具有单片集成和串联组合的固有优越性，容易实现光照器件进入雪崩产生区，使得光生载流子与雪崩产生的载流子混合在一起，改变了载流子的输运，控制器件的输出功率、频率、注入闭锁。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法，具有单片集成和串联组合的固有优越性，能易实现光照器件进入雪崩产生区，使光生载流子与雪崩产生的载流子相混合，实现光对器件性能的控制。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种(n)GaN/(p)SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤a1、获知GaN、SiC的当前晶型及其对应的材料参数，并将当前晶型的GaN、SiC的材料参数与目标IMPATT二极管的工作频率相结合，计算出目标IMPATT二极管的n区及p区的长度；步骤a2、选择一定厚度当前晶型的p型掺杂SiC晶片作为衬底，并在所选衬底上确定GaN/SiC异质结的位置，且进一步在所选衬底上确定所述GaN/SiC异质结位置一侧的某一区域作为第一蚀刻区，蚀刻所述第一蚀刻区得到长度、宽度及深度均与n区长度相等的n阱；步骤a3、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n阱中生长当前晶型的n型掺杂GaN，形成n/p型的GaN/SiC异质结；步骤a4、在所选衬底上，选定所述n阱两侧的某两个区域分别作为第二蚀刻区和第三蚀刻区，蚀刻所述第二蚀刻区，得到长度、宽度及深度与n阱的对应值相等的n+阱，以及蚀刻所述第三蚀刻区，得到得到长度为p区长度而宽度及深度与n+阱对应值相等的p+阱；其中，所述第二蚀刻区与所述第一蚀刻区相连；步骤a5、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n+阱中生长当前晶型的n+型掺杂GaN，以及在所述p+阱中生长当前晶型的p+型掺杂SiC，形成n+-n-p-p+型的GaN/SiC异质结；步骤a6、在所述n+-n-p-p+型的GaN/SiC异质结的表面，利用直接氧化技术，在GaN表面形成一定厚度的Ga2O3保护层，在SiC表面形成一定厚度的SiO2保护层；并在所述n+-n-p-p+型的GaN/SiC异质结的四周涂覆遮光层；步骤a7、在所述n+阱、p+阱的上方以及n+阱、p+阱之间靠近所述GaN/SiC异质结两侧的上方，曝光显影出三个蚀刻区，分别蚀刻掉所述三个蚀刻区范围的遮光层以及Ga2O3、SiO2保护层，得到位于所述n+阱上方的第一空隙、位于所述p+阱上方的第二空隙，以及位于所述GaN/SiC异质结两侧区域上方的第三空隙；步骤a8、利用电子束蒸发技术，采用导电金属、合金，分别在所述第一空隙、所述第二空隙中形成正、负电极，即得到目标IMPATT二极管。所述SiC的晶型包括3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC，所述GaN的晶型仅为纤锌矿(Wz)结构GaN；其中，当所确定SiC的晶型为3C-SiC时，得到的目标IMPATT二极管为n+-n-p-p+型的(n)GaN/(p)3C-SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管；当所确定SiC的晶型为4H-SiC时，得到的目标IMPATT二极管为n+-n-p-p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种n/p型GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a1、获知n型GaN、p型SiC的当前晶型及其对应的材料参数，并将当前晶型的GaN、SiC的材料参数与目标IMPATT二极管的工作频率相结合，计算出目标IMPATT二极管的n区及p区的长度；步骤a2、选择一定厚度当前晶型的p型掺杂SiC晶片作为衬底，并在所选衬底上确定GaN/SiC异质结的位置，且进一步在所选衬底上确定所述GaN/SiC异质结位置一侧的某一区域作为第一蚀刻区，蚀刻所述第一蚀刻区得到长度、宽度及深度均与n区长度相等的n阱；步骤a3、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n阱中生长当前晶型的n型掺杂GaN，形成n/p型GaN/SiC异质结；步骤a4、在所选衬底上，选定所述n阱两侧的某两个区域分别作为第二蚀刻区和第三蚀刻区，蚀刻所述第二蚀刻区，得到长度、宽度及深度与n阱的对应值相等的n+阱，蚀刻所述第三蚀刻区，得到得到长度为p区长度而宽度及深度与n+阱对应值相等的p+阱；其中，所述第二蚀刻区与所述第一蚀刻区相连；步骤a5、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n+阱中生长当前晶型的n+型掺杂GaN，以及在所述p+阱中生长当前晶型的p+型掺杂SiC，形成n+‑n‑p‑p+型GaN/SiC异质结；步骤a6、在所述n+‑n‑p‑p+型GaN/SiC异质结的表面，利用直接氧化技术，在GaN表面形成一定厚度的Ga2O3保护层，在SiC表面形成一定厚度的SiO2保护层；并在所述n+‑n‑p‑p+型GaN/SiC异质结的四周涂覆遮光层；步骤a7、在所述n+阱、p+阱的上方以及n+阱、p+阱之间靠近所述GaN/SiC异质结两侧的上方，曝光显影出三个蚀刻区，分别蚀刻掉所述三个蚀刻区范围的遮光层以及Ga2O3、SiO2保护层，得到位于所述n+阱上方的第一空隙、位于所述p+阱上方的第二空隙，以及位于所述GaN/SiC异质结两侧区域上方的第三空隙；步骤a8、利用电子束蒸发技术，采用导电金属、合金，分别在所述第一空隙、所述第二空隙中形成正、负电极，即得到目标IMPATT二极管。...

【技术特征摘要】
1.一种n/p型GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a1、获知n型GaN、p型SiC的当前晶型及其对应的材料参数，并将当前晶型的GaN、SiC的材料参数与目标IMPATT二极管的工作频率相结合，计算出目标IMPATT二极管的n区及p区的长度；步骤a2、选择一定厚度当前晶型的p型掺杂SiC晶片作为衬底，并在所选衬底上确定GaN/SiC异质结的位置，且进一步在所选衬底上确定所述GaN/SiC异质结位置一侧的某一区域作为第一蚀刻区，蚀刻所述第一蚀刻区得到长度、宽度及深度均与n区长度相等的n阱；步骤a3、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n阱中生长当前晶型的n型掺杂GaN，形成n/p型GaN/SiC异质结；步骤a4、在所选衬底上，选定所述n阱两侧的某两个区域分别作为第二蚀刻区和第三蚀刻区，蚀刻所述第二蚀刻区，得到长度、宽度及深度与n阱的对应值相等的n+阱，蚀刻所述第三蚀刻区，得到得到长度为p区长度而宽度及深度与n+阱对应值相等的p+阱；其中，所述第二蚀刻区与所述第一蚀刻区相连；步骤a5、利用金属有机物化学气相沉积技术，在所述n+阱中生长当前晶型的n+型掺杂GaN，以及在所述p+阱中生长当前晶型的p+型掺杂SiC，形成n+-n-p-p+型GaN/SiC异质结；步骤a6、在所述n+-n-p-p+型GaN/SiC异质结的表面，利用直接氧化技术，在GaN表面形成一定厚度的Ga2O3保护层，在SiC表面形成一定厚度的SiO2保护层；并在所述n+-n-p-p+型GaN/SiC异质结的四周涂覆遮光层；步骤a7、在所述n+阱、p+阱的上方以及n+阱、p+阱之间靠近所述GaN/SiC异质结两侧的上方，曝光显影出三个蚀刻区，分别蚀刻掉所述三个蚀刻区范围的遮光层以及Ga2O3、SiO2保护层，得到位于所述n+阱上方的第一空隙、位于所述p+阱上方的第二空隙，以及位于所述GaN/SiC异质结两侧区域上方的第三空隙；步骤a8、利用电子束蒸发技术，采用导电金属、合金，分别在所述第一空隙、所述第二空隙中形成正、负电极，即得到目标IMPATT二极管。2.如权利要求1所述的GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管制备方法，其特征在于，所述SiC的晶型包括3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC，所述GaN的晶型仅为纤锌矿结构GaN；其中，当所确定SiC的晶型为3C-SiC时，得到的目标IMPATT二极管为n+-n-p-p+型的(n)GaN/(p)3C-SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管；当所确定SiC的晶型为4H-SiC时，得到的目标IMPATT二极管为n+-n-p-p+型的(n)GaN/(p)4H-SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管；当所确定SiC的晶型为6H-SiC时，得到的目标IMPATT二极管为n+-n-p-p+型的(n)GaN/(p)6H-SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管。3.如权利要求1所述的GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管制备方法，其特征在于，与(n)GaN形成欧姆接触的所述导电金属包括Al、Ti、Ag；与(n)GaN形成欧姆接触的所述导电合金包括TiAl、TiAlNiAu；与(p)SiC形成欧姆接触的所述导电金属包括Ni、Pd；与(p)SiC形成欧姆接触的所述导电合金包括AlTi、AuAlTi。4.如权利要求1所述的GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管制备方法，其特征在于，所述遮光层采用不透光、不导电、耐腐蚀的树脂制备而成。5.一种p/n型GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤b1、获知p型GaN、n型SiC的当...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦文生，郑君鼎，俞珠颖，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33