專利名稱：基于SiC襯底的太赫茲GaN耿氏二極管及其制作方法
技術領域：
本發明屬于微電子領域，涉及寬帶隙半導體GaN材料的耿氏二極管結構，可用于高頻、大功率等領域。
背景技術：
以GaN、SiC為代表的寬帶隙半導體材料，是繼以半導體Si為代表的第一代半導體材料和以GaAs為代表的第二代半導體材料之后，在近十年迅速發展起來的新型半導體材料。GaN基半導體材料具有寬帶隙、直接帶隙、高電子漂移速度、高熱導率、耐高電壓、耐高溫、抗腐蝕、抗輻射、高異質結二維電子氣濃度等優良特性，因此在毫米波大功率電子器件領域受到了人們廣泛的關注。太赫茲(THz)技術作為一門新興的科學技術，由于其具有很多獨特的特性以及優勢，吸引了許多科研工作者去研究。太赫茲的頻率范圍為IOOGHz ΙΟΤΗζ，因此要想獲得太赫茲的頻率，必須提高器件的工作頻率。GaN基材料由于本身所具有的特性而成為首要的選擇。GaN同傳統的化合物半導體GaAs相比具有更高的工作頻率和輸出功率，且GaN的負阻振蕩器基頻頻率可達750GHz，遠遠大于GaAs的140GHz，而更為重要的是，在THz工作頻率， GaN基器件的輸出功率比GaAs高一到兩個數量級，可以達到幾百毫瓦甚至幾瓦的功率。已經提出的耿氏器件結構有m+Ai/n+的“三明治”結構、凹槽摻雜結構和采用 AWaN層作為電子發射層的結構。但是這幾種結構都存在著一些不足。對于n7n/n+結構的耿氏器件，電子經過電場的加速獲得能量，從而躍遷至衛星能谷，產生負阻效應。但是電子必須經過較長一段距離才能獲得足夠的能量，造成的結果就是器件的工作頻率不是太高。 為了解決這個問題，后來提出了凹槽摻雜的結構，這種結構對于器件的性能有一定程度的提升，但是并不是特別顯著。近年來提出的耿氏器件結構是采用AKiaN變組分作為電子發射層的結構。這種結構雖然對器件性能有顯著的提升，但是也存在一些問題。因為AlGaN與 GaN之間存在著晶格常數的差異，所以在界面處會導致壓電極化效應的產生，而且異質結界面處的位錯密度較高。壓電極化效應和位錯都會影響器件的性能。

發明內容
本發明的目的在于改善GaN基耿氏器件結構，采用InAlN層作為耿氏器件的電子發射層，以消除因為晶格常數差異而產生的壓電極化效應，能夠顯著地降低界面的位錯密度、減小“死區”長度，從而改善GaN耿氏二極管的器件性能。本發明的技術方案是這樣實現的1.技術原理由于III-V族氮化物在高頻高功率方面的優異表現，使得近年來在該方面的研究取得了很大的進展。而近來對于三元氮化物InAlN的研究也取得了更深入的進展。在室溫下InAlN的近代寬帶可以從0. 6eV變化到6. 2eV,并且當h組份在14% 22%之間變化時，與GaN的晶格失配率保持在0. 5%以內參考文獻J. F. Carl in, M. Llegems，Appl. Phys.Lett.，Vol. 83，No. 4，28July 2003。特別地當 In 組份為 17% 18%時，InAlN 的晶格常數與GaN的晶格常數相當。因此在GaN上外延生長InAlN可以得到位錯密度很低的異質結界面，從而可以得到沒有壓電極化效應的InAlN/GaN異質結界面。本發明也正是利用了這一特點，在耿氏器件有源層內插入h組份為14% 22%的InAlN層作為電子發射層。而且InAlN的禁帶寬度大于GaN的禁帶寬度，與GaN構成異質結時，會在GaN側形成三角形勢阱，電子會被限制在勢阱內，形成二維電子氣0DEG)。當器件兩端施加電壓以后，在器件的縱向形成電場。隨著電場強度的增大，電子能夠獲得足夠的能量以掙脫勢阱的束縛，注入到有源區。因為注入到有源區的電子具有高能量，所以電子很容易發生谷間躍遷，從低能谷躍遷至高能谷，最終進入負阻區，形成耿氏振蕩。基于該原理得到的耿氏器件結構能夠顯著地降低“死區”長度，縮短耿氏器件有源區的長度，從而改善器件的工作頻率和轉換效率。2.本發明的器件結構本發明的器件從下到上分別為SiC襯底、AlN成核層、n+GaN歐姆接觸層、電子發射層、n-GaN有源層和n+GaN歐姆接觸層，其特征在于電子發射層采用h組份為14% 22% 的InAlN材料，厚度為80 200nm ；SiC襯底上刻蝕有通孔，襯底的底部淀積有金屬Ti/Al/ Ni/Au，該金屬通過通孔與上電極相連，形成縱向器件結構。 所述AlN成核層厚度為30 50nm。所述的n+GaN陰極歐姆接觸層的厚度為0. 5 1. 5 μ m，摻雜濃度為1 2 X IO1W30所述的n_GaN有源層厚度為0. 5 2μπι，摻雜濃度為0. 5 2X1017cm_3。所述的n+GaN陽極歐姆接觸層的厚度為100 400nm，摻雜濃度為1 2 X 1018cnT3。3.本發明的器件制作方法，包括如下步驟(1)在η型或絕緣型SiC基片上采用金屬有機物化學氣相淀積MOCVD方法，先外延生長厚度為30 50nm的AlN成核層，再外延生長摻雜濃度為1 2 X 1018cnT3、厚度為 0. 5 1. 5 μ m的n+GaN陰極歐姆接觸層；(2)在陰極歐姆接觸層上利用脈沖金屬有機物化學氣相淀積PMOCVD方法，生長厚度為80 200nm，In組份為14% 22%的電子發射層InAlN ；(3)在InAlN電子發射層上利用MOCVD方法，依次外延生長摻雜濃度為0. 5 2 X 1017cnT3、厚度為0. 5 2 μ m的rTGaN有源層和摻雜濃度為1 2 X 1018cnT3、厚度為100 400nm的n+GaN陽極歐姆接觸層；(4)在GaN外延層上采用刻蝕技術形成直徑為的大圓形臺面，刻蝕深度至SiC 襯底上表面，30μπι < d 大< 60 μ m ；(5)在所述大圓形GaN臺面上繼續采用刻蝕技術，形成耿氏直徑為、、的小圓形有源臺面，刻蝕深度至n+GaN陰極歐姆接觸層，10 μ m < d小< 20 μ m ；(6)在小圓形有源臺面上和刻蝕露出的n+GaN陰極歐姆接觸層上淀積Ti/Al/Ni/ Au多層金屬，經金屬剝離，在小圓形臺面上形成圓形電極，即耿氏二極管的陽極，在陰極歐姆接觸層面上形成環形連接電極；(7)在1000°C的溫度下，通入Ar2,進行時間為50秒鐘的快速熱退火，使n+GaN與小圓形電極金屬和環形連接電極金屬之間形成歐姆接觸；(8)在步驟中露出的環形SiC襯底背面刻蝕形成η個通孔，η >= 1，刻蝕深度至環形連接電極；(9)在刻蝕形成的SiC通孔以及SiC襯底背面淀積Ti/Al/Ni/Au多層金屬，形成襯底電極10，襯底電極與環形連接電極一起構成耿氏二極管陰極；(10)采用PECVD在器件正面淀積厚度為200 400nm的SiN鈍化層，并在小圓形臺面開孔9，露出耿氏二極管陽極。本發明具有如下優點A.本發明的GaN太赫茲耿氏二極管由于采用了 h組份為14% 22%的InAlN作為電子發射層，所以得到了低位錯密度的InAlN/GaN異質結界面，消除了因為晶格常數差異而引起的壓電極化效應，并且能夠縮短“死區”長度，從而顯著地提高器件性能，使本發明的耿氏二極管在太赫茲頻段可以輸出更高的功率和頻率。B.本發明的GaN太赫茲耿氏二極管采用了半絕緣或η型SiC襯底，通過在SiC襯底刻蝕通孔的方法，使得在SiC襯底背面的金屬能夠與上電極相連，以整個大面積的襯底作為耿氏二極管的陰極，因此顯著地降低了器件寄生串聯電阻，并且采用SiC材料作為襯底，大幅提高了襯底散熱能力，有利于高頻耿氏振蕩的維持，提高GaN耿氏二極管的高頻高功率特性。C.本發明的GaN耿氏二極管具有縱向的電極結構，完全兼容傳統耿氏二極管的封裝工藝，非常有利于高頻諧振腔內的安裝和制作太赫茲振蕩組件。


圖1是本發明GaN基耿氏二極管的剖面結構圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本發明制作GaN基耿氏二極管的工藝流程圖。
具體實施例方式參照圖1和圖2，本發明的太赫茲GaN耿氏二極管器件結構從下到上分別為半絕緣或η型SiC襯底層、AlN成核層、n+GaN陰極歐姆接觸層、InAlN電子發射層、n_GaN渡越層和fGaN陽極歐姆接觸層。SiC襯底不僅作為生長GaN耿氏器件結構層的物理支撐層，同時也起到散熱的作用，在SiC襯底上設有通孔1，通孔的個數為n，n>= 1 ；AlN成核層的厚度為30 50nm，起到SiC與GaN之間晶格匹配過渡、調節SiC與GaN之間應力和降低GaN外延層位錯密度的作用；n+GaN陰極歐姆接觸層的摻雜濃度為1 2 X 1018cnT3，厚度為0. 5 1. 5 μ m，在該層上設有大圓形臺面7，臺面的直徑為d大，30 μ m < d大< 60 μ m ；rTGaN渡越層的摻雜濃度為0. 5 2X 1017cm_3，厚度為100 400nm，該摻雜濃度和厚度決定了耿氏疇的形成和耿氏振蕩頻率的高低mtaN陽極歐姆接觸層的摻雜濃度為1 2X 1018cnT3，厚度為 100 400nm，在該層上設有小圓形臺面6，臺面的直徑為d小，10 μ m < d小< 20 μ m。所述陽極歐姆接觸層n+GaN的上面是由Ti/Al/Ni/Au多層金屬構成的小圓形電極 4，即二極管的陽極；在陰極歐姆接觸層n+GaN臺面上是由Ti/Al/Ni/Au多層金屬構成的環形連接電極5 ；通孔以及襯底背面也是由Ti/Al/Ni/Au多層金屬組成，環形連接電極通過通孔與背面襯底電極相連，共同構成二極管的陰極。二極管的陽極為圓形，環形連接電極為外側的環形，如圖2所示，通孔以及SiC背面電極在圖中沒有畫出。
參照圖3，本發明的太赫茲GaN耿氏二極管的制作方法，給出如下三種實施例實施例1 本發明制作太赫茲GaN耿氏二極管的步驟如下步驟一，選用直徑為2英寸4H_SiC半絕緣型SiC襯底基片，背面減薄至150 μ m襯
底厚度。步驟二，在MOCVD上采用三甲基鋁與高純氮氣作為鋁源與氮源，在SiC基片上首先生長一層厚度為30nm的低溫AlN成核層，其生長條件為溫度為600°C，壓力為40托。步驟三，繼續采用MOCVD工藝，以三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源，在AlN成核層上外延生長一層摻雜濃度為1. OX 1018cnT3、厚度為 0. 5 μ m的n+GaN陰極歐姆接觸層，生長條件為溫度為1000°C、壓力為40托。步驟四，在n+GaN陰極歐姆接觸層上采用PMOCVD工藝外延生長一層厚度為80nm、 In組份為17%的InAlN電子發射層，其生長條件是溫度為650°C，壓力為200托，載氣為氮氣，三甲基鋁、三乙基鎵、三甲基銦和氨氣分別為Al源、( 源、h源和N源，其中氨氣采用脈沖方式通入，以使III族原子在與N原子結合前有充分的時間在表面移動，三甲基鋁和三甲基銦分別在不同的時間通入，以避免Al原子和原子對N原子的競爭，提高材料的結晶質量。步驟五，在InAlN電子發射層上繼續采用MOCVD工藝外延生長一層摻雜濃度為 0. 5X IO17CnT3、厚度0. 5μπι的n—GaN渡越層，采用三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源，其生長條件是溫度為ΙΟΟΟ ，壓力為40托；改變硅烷氣體流量，繼續生長摻雜濃度為1.0X1018cnT3、厚度為IOOnm的n+GaN陽極歐姆接觸層。步驟六，在上述的GaN多層外延層上光刻形成直徑為30 μ m的大圓形掩膜圖形；再采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BCl3An2刻蝕氣體源，刻蝕GaN多層外延層，刻蝕深度達到SiC界面層，形成大圓形的隔離臺面。步驟七，在形成的大圓形隔離臺面上光刻形成直徑為IOym的同軸小圓形臺面掩膜圖形，繼續采用反應離子刻蝕，使用BCI3An2刻蝕氣體源，刻蝕深度進入到下歐姆接觸 n+GaN層中200nm，形成二極管陰極有源區臺面7。步驟八，在整個器件表面采用真空電子束蒸發設備依次蒸發Ti/Al/Ni/Au多層金屬，厚度分別為30nm/120nm/50nm/160nm，經過金屬剝離形成小圓形的二極管陽極4和環形連接電極5。步驟九，對整個器件進行快速熱退火處理，退火條件為950°C，50秒鐘，氬氣氣氛， 形成GaN歐姆接觸。步驟十，在步驟六中刻蝕露出的SiC襯底背面通過光刻形成4個通孔掩模圖形，通孔的直徑為10 μ m,采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BCl3An2刻蝕氣體源，在SiC襯底刻蝕 4個通孔，刻蝕深度至環形電極；然后采用電子束蒸發設備在SiC襯底背面依次淀積厚度分別為30nm/120nm/50nm/200nm的多層金屬Ti/Al/Ni/Au，形成襯底背面電極10，襯底背面電極通過通孔與環形連接電極相連，構成耿氏二極管的陰極。步驟^^一，采用PECVD工藝在器件正面淀積厚度為200nm的SiN鈍化層，鈍化后在小圓形臺面上方采用RIE刻蝕方法，利用CF4氣體刻蝕形成開孔9，露出二極管陽極，完成器件的制作。
6
經上述工藝步驟，最終形成的耿氏二極管管芯剖面參照圖1所示。實施例2 本發明制作太赫茲GaN耿氏二極管的步驟如下步驟1，選用直徑為3英寸6H_SiC導通型η型SiC襯底基片，摻雜濃度為 2. OX 1018cm"3,背面減薄至200 μ m襯底厚度。步驟2，以三甲基鋁與高純氮氣作為鋁源和氮源，采用溫度為600°C，壓力為40托的MOCVD工藝，在SiC基片上生長一層厚度為50nm的低溫AlN成核層。步驟3，繼續采用MOCVD工藝，在溫度為1000°C、壓力為40托的工藝條件下，以三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源，在AlN成核層上外延生長一層摻雜濃度為2. OX 1018cm_3、厚度為1. 5 μ m的n+GaN陰極歐姆接觸層。步驟4，InAlN電子發射層的外延生長4. 1)采用PMOCVD工藝在n+GaN陰極歐姆接觸層上外延生長一層厚度為200nm、In 組份為18%的InAlN電子發射層，其生長條件是溫度為650°C，壓力為200托，載氣為氮氣，三甲基鋁、三乙基鎵、三甲基銦和氨氣分別為Al源、( 源、源和N源4. 2)在生長過程中采用脈沖方式通入氨氣，以使III族原子在與N原子結合前有充分的時間在表面移動，使三甲基鋁和三甲基銦分別在不同的時間通入，以避免Al原子和 In原子對N原子的競爭，提高材料的結晶質量。步驟5，外延生長rTGaN渡越層與n+GaN陽極歐姆接觸層5. 1)在溫度為1000°C，壓力為40托的工藝條件下，以三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源，采用MOCVD工藝在InAlN電子發射層上外延生長一層摻雜濃度為2. OX 1017cm_3、厚度為2. 0 μ m的rTGaN渡越層；5. 2)在上述工藝條件下，改變硅烷氣體流量，繼續生長摻雜濃度為2. 0 X IO1W3, 厚度為400nm的n+GaN陽極歐姆接觸層。步驟6，刻蝕大圓形的隔離臺面6. 1)在上述的GaN多層外延層上光刻形成直徑為60 μ m的大圓形掩膜圖形；6. 2)在形成的大圓形掩膜圖形上采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BC13/C12刻蝕氣體源，刻蝕GaN多層外延層，刻蝕深度達到SiC界面層，形成大圓形的隔離臺面。步驟7，刻蝕二極管陰極有源區臺面7. 1)在大圓形隔離臺面上光刻形成直徑為200 μ m的同軸小圓形臺面掩膜圖形；7. 2)在同軸小圓形臺面掩膜圖形上繼續采用反應離子刻蝕，使用BC13/C12刻蝕氣體源，刻蝕深度進入到下歐姆接觸n+GaN層中500nm，形成二極管陰極有源區臺面7。步驟8，在整個器件表面采用真空電子束蒸發設備依次蒸發厚度分別為 30nm/120nm/50nm/160nm的Ti/Al/Ni/Au多層金屬，經過金屬剝離形成小圓形的二極管陽極4和環形連接電極5。步驟9，對整個器件進行快速熱退火處理，退火條件為950°C，50秒鐘，氬氣氣氛， 形成GaN歐姆接觸。步驟10，在SiC襯底上刻蝕通孔并淀積金屬10. 1)在步驟6中刻蝕露出的SiC襯底背面通過光刻形成6個直徑為10 μ m的通孔掩模圖形，并采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BCl3An2刻蝕氣體源，在形成的通孔掩膜圖形上刻蝕6個通孔，刻蝕深度至環形電極；10. 2)采用電子束蒸發設備在SiC襯底背面依次淀積厚度分別為 30nm/120nm/50nm/200nm的多層金屬Ti/Al/Ni/Au，形成襯底背面電極10 ；10. 3)將襯底背面電極通過通孔1與環形連接電極5相連，構成耿氏二極管的陰極。步驟11，采用PECVD工藝在器件正面淀積厚度為400nm的SiN鈍化層，鈍化后在小圓形臺面上方采用RIE刻蝕方法，利用CF4氣體刻蝕形成開孔9，露出二極管陽極，完成器件的制作。經上述工藝步驟，最終形成的耿氏二極管管芯剖面參照圖1所示。實施例3 本發明制作太赫茲GaN耿氏二極管的步驟如下步驟A，選用直徑為3英寸4H_SiC半絕緣型SiC襯底基片，背面減薄至150 μ m襯
底厚度。步驟B，制作n+GaN陰極歐姆接觸層Bi)首先以三甲基鋁和高純氮氣分別作為鋁源和氮源，采用MOCVD工藝在SiC基片上生長一層厚度為40nm的低溫AlN成核層，其生長條件為溫度為600°C，壓力為40托；B2)在溫度為1000°C、壓力為40托的工藝條件下，繼續采用MOCVD工藝，以三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源，在AlN成核層上外延生長一層摻雜濃度為1. 5Χ 1018cm_3、厚度為l.OymW n+GaN陰極歐姆接觸層。步驟C，在n+GaN陰極歐姆接觸層上采用PMOCVD工藝外延生長一層厚度為150nm、 h組份為18%的InAlN電子發射層，其生長條件是溫度為650°C，壓力為200托，載氣為氮氣；三甲基鋁為Al源、三乙基鎵為( 源、三甲基銦為h源、氨氣為N源；氨氣采用脈沖方式通入，以使III族原子在與N原子結合前有充分的時間在表面移動；三甲基鋁和三甲基銦分別在不同的時間通入，以避免Al原子和h原子對N原子的競爭，提高材料的結晶質量。步驟D，外延生長rTGaN渡越層與n+GaN陰極歐姆接觸層Dl)采用三乙基鎵和高純氮氣分別作為鎵源和氮源，硅烷氣體作為η型摻雜源， 在InAlN電子發射層上繼續采用MOCVD工藝外延生長一層摻雜濃度為1. OX 1017cm_3、厚度 1. Ομπι的rTGaN渡越層，其生長條件是溫度為1000°C，壓力為40托；D2)在上述工藝條件下，改變硅烷氣體流量，繼續生長摻雜濃度為1. 5 X IO1W3, 厚度為200nm的fGaN陽極歐姆接觸層。步驟E，在上述的GaN多層外延層上光刻形成直徑為40 μ m的大圓形掩膜圖形；再采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BCl3An2刻蝕氣體源，刻蝕GaN多層外延層，刻蝕深度達到SiC界面層，形成大圓形的隔離臺面。步驟F，在形成的大圓形隔離臺面上光刻形成直徑為15 μ m的同軸小圓形臺面掩膜圖形，繼續采用反應離子刻蝕，使用BCI3/CI2刻蝕氣體源，刻蝕深度進入到下歐姆接觸 n+GaN層中500nm，形成二極管陰極有源區臺面7。
步驟G，在整個器件表面采用真空電子束蒸發設備依次蒸發Ti/Al/Ni/Au多層金屬，厚度分別為30nm/120nm/50nm/160nm，經過金屬剝離形成小圓形的二極管陽極4和環形連接電極5。步驟H，對整個器件進行快速熱退火處理，退火條件為950°C，50秒鐘，氬氣氣氛， 形成GaN歐姆接觸。步驟I，通孔的形成以及淀積多層金屬II)在步驟E中刻蝕露出的SiC襯底背面先通過光刻形成4個直徑為10 μ m的通孔掩模圖形，再采用反應離子RIE刻蝕方法，使用BCl3An2刻蝕氣體源，然后在形成的掩膜圖形上進行刻蝕，刻蝕深度至環形電極；1 采用電子束蒸發設備在SiC襯底背面依次淀積厚度分別為 30nm/120nm/50nm/200nm的多層金屬Ti/Al/Ni/Au，形成襯底背面電極10，將襯底背面電極通過通孔與環形連接電極相連，構成耿氏二極管的陰極。步驟J，采用PECVD工藝在器件正面淀積厚度為300nm的SiN鈍化層，鈍化后在小圓形臺面上方采用RIE刻蝕方法，利用CF4氣體刻蝕形成開孔9，露出二極管陽極，完成器件的制作。經上述工藝步驟，最終形成的耿氏二極管管芯剖面參照圖1所示。
權利要求
1. 一種基于襯底的以⑶作為電子發射層的太赫茲&^耿氏二極管，從下到上 分別為襯底、八⑶成核層、V歐姆接觸層、電子發射層、『有源層和11+歐姆 接觸層，其特征在于電子發射層采用III組份為14^ 22^的⑶材料，厚度為80 20011！11 ；810襯底上刻蝕有通孔(丨)，襯底的底部淀積有金屬11/八1/附丨八11，該金屬通過通孔 與環形電極巧)相連，形成縱向器件結構。
2.根據權利要求1所述的太赫茲&^耿氏二極管，其特征在于八⑶成核層厚度為30 50膽。
3.根據權利要求1所述的太赫茲耿氏二極管，其特征在于11+陰極歐姆接觸層 ⑵的厚度為0.5 1.5 “III，摻雜濃度為1 2\1018側3。
4.根據權利要求1所述的太赫茲耿氏二極管，其特征在于『有源層厚度為 0丨5 2 “III，摻雜濃度為0丨5 2父1017。！11一3。
5.根據權利要求1所述的太赫茲耿氏二極管，其特征在于11+陽極歐姆接觸層 ⑶的厚度為100 400咖，摻雜濃度為1 2X 1018側3。
6.一種基于II型或半絕緣型襯底的太赫茲耿氏二極管的制作方法，按如下過 程進行(丄)在II型或絕緣型基片上采用金屬有機物化學氣相淀積10(^0方法，先外延生 長厚度為30 50歷的4⑶成核層，再外延生長摻雜濃度為1 2\1018。111一3、厚度為0丨5 1. 5 “ 0的11+陰極歐姆接觸層；^在陰極歐姆接觸層上利用脈沖金屬有機物化學氣相淀積？10(^0方法，生長厚度為 80 20011111，III組份為14 ^ 22 ^的電子發射層1—化；^在⑶電子發射層上利用10(^0方法，依次外延生長摻雜濃度為0.5 2 X 1017。0 3、厚度為0丨5 2 “ III的『有源層和摻雜濃度為1 2 X 1018。0 3、厚度為100 40011111的11+陽極歐姆接觸層；(幻在&^外延層上采用刻蝕技術形成直徑為的大圓形臺面，刻蝕深度至襯底 上表面，30 “III〈 (！ 大〈60 III ；巧)在所述大圓形&^臺面上繼續采用刻蝕技術，形成耿氏直徑為、、的小圓形有源臺 面，刻蝕深度至11+陰極歐姆接觸層，10 4 III〈、、〈 20 “ 0 ；出)在小圓形有源臺面上和刻蝕露出的11+陰極歐姆接觸層上淀積11/八1/附如多 層金屬，經金屬剝離，在小圓形臺面上形成圓形電極(幻，即耿氏二極管的陽極，在陰極歐姆 接觸層面上形成環形連接電極；⑴在10001的溫度下，通入紅2，進行時間為50秒鐘的快速熱退火，使11+與小圓 形電極金屬和環形連接電極金屬之間形成歐姆接觸；(^)在步驟⑷中露出的環形襯底背面刻蝕形成II個通孔，II1，刻蝕深度至 環形連接電極；⑶)在刻蝕形成的通孔以及襯底背面淀積11/八1/附多層金屬，形成襯底電 極10，襯底電極與環形連接電極一起構成耿氏二極管陰極；(川)采用？在器件正面淀積厚度為200 4001^的鈍化層，并在小圓形臺面 開孔9，露出耿氏二極管陽極。
全文摘要
本發明公開了一種基于SiC襯底的太赫茲GaN耿氏二極管及其制作方法，主要解決了現有耿氏器件結構輸出功率低、散熱不佳等問題。該二極管從下到上分別為SiC襯底、AlN成核層、n+GaN歐姆接觸層、電子發射層、n-GaN有源層和n+GaN歐姆接觸層，其特征在于電子發射層采用In組份為14％～22％的InAlN材料，厚度為80～200nm；SiC襯底上刻蝕有通孔(1)，襯底的底部淀積有金屬Ti/Al/Ni/Au，該金屬通過通孔與環形電極(5)相連，形成縱向器件結構。本發明能夠消除壓電極化效應并顯著地降低界面位錯以及“死區”長度，具有輸出功率和工作頻率高的優點，適用于太赫茲頻段工作。
文檔編號H01L47/02GK102522502SQ201210005728
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者何寒冰, 楊林安, 毛偉, 郝躍 申請人:西安電子科技大學