一种制造PN结的方法及其PN结技术

本发明专利技术实施例公开了一种制造PN结的方法，包括：获取基底材料；在基底材料上形成氮化镓层；在氮化镓层上形成第一铝镓氮层，其中铝的含量从靠近氮化镓层的部分到远离氮化镓层的部分线性变化；在第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层，其中铝的含量从靠近第一铝镓氮层的部分到远离第一铝镓氮层的部分按照与第一铝镓氮层中铝的含量线性变化方向相反的方向线性变化。本发明专利技术的实施例中，在氮化镓衬底上通过形成铝含量线性渐变的铝镓氮层，实现P型和N型掺杂，并制备成为PN结。不需要掺杂物，且实现的PN结中载流子浓度不受温度影响，制备工艺操作可控，简单易行，可重复性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料领域，尤其是涉及一种制造PN结的方法及其PN结。
技术介绍
氮化镓(GaN)及相关的宽禁带氮化物半导体，如铝镓氮(AlGaN)膜，由于具有较高的饱和电子速率和饱和偏压等优良材料特性，在光伏、高功率、高频、高温器件等应用领域备受关注。由于氮化镓及其铝化合物的禁带较宽(>3. 4eV)，导致AlGaN薄膜材料中的η型掺杂很难实现超高载流子浓度。此外，电子气的迁移率会随着掺杂浓度的升高而降低，并且随着温度的升高，只有通过改变膜层的结构和组分来改善电子气的稳定性。 在宽禁带半导体(如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)及氧化锌(ZnO))中实现高效率空穴掺杂也是限制其在光电器件上应用的技术难题。普通半导体的电导率由掺杂物的浓度决定，然而对宽禁带半导体而言，空穴的超高热激活能导致P型杂质掺杂的掺杂效率极低，目前氮化镓中镁的掺杂效率低至1%以下。过度提高镁的掺杂浓度不仅会导致材料缺陷增加，而且会使得材料的极性发生改变。因此不能过度提高Mg的掺杂量来增加Mg的有效掺杂浓度。随着铝组分增加，禁带宽度增加，掺杂效率进一步降低。因此，用现有技术的上述半导体材料制成PN结时，PN结响应速率低，受温度影响大,并且稳定性很低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种PN结响应速率大幅提高的制造PN结的方法及其PN结。本专利技术的目的之一是提供一种受温度影响小、稳定性高的制造PN结的方法及其PN结。本专利技术实施例公开的技术方案包括 一种制造PN结的方法，其特征在于，包括获取基底材料；在所述基底材料上形成氮化镓层；以及第一掺杂步骤在所述氮化镓层上形成第一铝镓氮层并使所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性变化；第二掺杂步骤在所述第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层并使所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分按照与所述第一铝镓氮中铝的含量线性变化方向相反的方向线性变化。进一步地，所述第一掺杂步骤包括在所述氮化镓层上形成第一铝镓氮层并使所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性增加；所述第二掺杂步骤包括在所述第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层并使所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分线性减小。进一步地，所述第一掺杂步骤和所述第二掺杂步骤包括将形成了所述氮化镓层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入铝金属分子束、镓金属分子束和氮等离子体，并使所述铝金属分子束的流量线性增加和/或使所述镓金属分子束的流量线性减小，从而在所述氮化镓层上形成所述第一铝镓氮层；使所述铝金属分子束的流量线性减小和/或使所述镓金属分子束的流量线性增加，从而在所述第一铝镓氮上形成所述第二铝镓氮层。进一步地，所述氮化镓层为氮面极化，其中在所述第一掺杂步骤之前还包括在所述氮化镓层上形成铝镓氮过渡层，并且使在所述铝镓氮过渡层中从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分铝的含量 相同。进一步地，所述第一掺杂步骤包括在所述铝镓氮过渡层上形成第一铝镓氮层并使所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述铝镓氮过渡层的部分到远离所述铝镓氮过渡层的部分线性减小；所述第二掺杂步骤包括在所述第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层并使所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分线性增加。进一步地，所述第一掺杂步骤和所述第二掺杂步骤包括将形成了所述铝镓氮过渡层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入铝金属分子束、镓金属分子束和氮等离子体，并使所述铝金属分子束的流量线性减小和/或使所述镓金属分子束的流量线性增加，从而在所述铝镓氮过渡层上形成所述第一铝镓氮层；使所述铝金属分子束的流量线性增加和/或使所述镓金属分子束的流量线性减小，从而在所述第一铝镓氮上形成所述第二铝镓氮层。进一步地，所述第一铝镓氮层为N型掺杂层，所述第二铝镓氮层是P型掺杂层。进一步地，在所述第一掺杂步骤之前还包括清洗形成了所述氮化镓层的所述基底材料并且在清洗过程中在所述基底材料上形成氮化镓膜。本专利技术的实施例中还提供了一种PN结，其特征在于，包括基底材料；氮化镓层，所述氮化镓层形成在所述基底材料上；第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层形成在所述氮化镓层上，并且所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性增加；第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层形成在所述第一铝镓氮层上，并且所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分线性减小。本专利技术的实施例中还提供了一种PN结，其特征在于，包括基底材料；氮化镓层，所述氮化镓层形成在所述基底材料上；铝镓氮过渡层，所述铝镓氮过渡层形成在所述氮化镓层上，并且所述铝镓氮过渡层中从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分铝的含量相同；第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层形成在所述铝镓氮过渡层上，并且所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述铝镓氮过渡层的部分到远离所述铝镓氮过渡层的部分线性减小；第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层形成在所述第一铝镓氮层上，并且所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分线性增加。本专利技术的实施例中，在氮化镓衬底上通过形成铝含量线性渐变的铝镓氮层，实现P型和N型掺杂，并制备成为PN结。此方法不需要掺杂物，且实现的PN结中载流子浓度不受温度影响，制备工艺操作可控，简单易行，可重复性好，为提高基于氮化镓基异质结的器件响应速率及器件稳定性提供了可能性。附图说明图I是本专利技术一个实施例的制造PN结的方法的流程示意 图2是本专利技术另一个实施例的制造PN结的方法的流程示意 图3是本专利技术一个实施例的PN结的结构示意 图4是本专利技术另一个实施例的PN结的结构示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术的一个实施例中，一种制造半导体薄膜的方法包括步骤10、步骤12、步骤14和步骤16。 步骤10 :犾取基底材料。本专利技术的实施例中，首先获取用于制造半导体薄膜的基底材料。本专利技术的实施例中，可以使用任何适合的材料作为基底材料。例如，一个实施例中，可以使用蓝宝石、金刚石或者准绝缘块状氮化镓(GaN)材料作为基底材料。步骤12 :在基底材料上形成氮化镓层。本专利技术的实施例中，在获得基底材料之后，在基底材料上形成一定厚度的氣化嫁层作为衬底。本专利技术的实施例中，可以使用任何适合的方法在基底材料上形成该氮化镓层，例如，一个实施例中，可以使用分子束外延生长方法、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等等。氮化镓层的厚度可以根据实际情况设定。例如，一个实施例中，氮化镓层的厚度可以为3-7微米，以保证衬底材料的薄膜性。本专利技术的实施例中，该氮化镓层可以是氮面的氮化镓层，也可以是镓面的氮化镓层。步骤14 :第一掺杂步骤，在氮化镓层上形成第一铝镓氮层。本专利技术的实施例中，在基底材料上形成氮化镓层后，随后进行第一掺杂步骤，即在该氮化镓层上形成第一铝镓氮层。其中，本专利技术的实施例中，在在该氮化镓层上形成第一铝镓氮层的过程中，使得在被形成的第一铝镓氮层中铝的含量从靠近该氮化镓层的部分到远离该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造PN结的方法，其特征在于，包括：获取基底材料；在所述基底材料上形成氮化镓层；以及第一掺杂步骤：在所述氮化镓层上形成第一铝镓氮层并使所述第一铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性变化；第二掺杂步骤：在所述第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层并使所述第二铝镓氮层中铝的含量从靠近所述第一铝镓氮层的部分到远离所述第一铝镓氮层的部分按照与所述第一铝镓氮层中铝的含量线性变化方向相反的方向线性变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，肖战菲，吴志明，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：