專利名稱：一種制造pn結的方法及其pn結的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體材料領域，尤其是涉及一種制造PN結的方法及其PN結。
背景技術：
氮化鎵(GaN)及相關的寬禁帶氮化物半導體，如鋁鎵氮(AlGaN)膜，由于具有較高的飽和電子速率和飽和偏壓等優良材料特性，在光伏、高功率、高頻、高溫器件等應用領域備受關注。由于氮化鎵及其鋁化合物的禁帶較寬(>3. 4eV)，導致AlGaN薄膜材料中的η型摻雜很難實現超高載流子濃度。此外，電子氣的遷移率會隨著摻雜濃度的升高而降低，并且隨著溫度的升高，只有通過改變膜層的結構和組分來改善電子氣的穩定性。
在寬禁帶半導體(如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)及氧化鋅(ZnO))中實現高效率空穴摻雜也是限制其在光電器件上應用的技術難題。普通半導體的電導率由摻雜物的濃度決定，然而對寬禁帶半導體而言，空穴的超高熱激活能導致P型雜質摻雜的摻雜效率極低，目前氮化鎵中鎂的摻雜效率低至1%以下。過度提高鎂的摻雜濃度不僅會導致材料缺陷增加，而且會使得材料的極性發生改變。因此不能過度提高Mg的摻雜量來增加Mg的有效摻雜濃度。隨著鋁組分增加，禁帶寬度增加，摻雜效率進一步降低。因此，用現有技術的上述半導體材料制成PN結時，PN結響應速率低，受溫度影響大,并且穩定性很低。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種PN結響應速率大幅提高的制造PN結的方法及其PN結。本發明的目的之一是提供一種受溫度影響小、穩定性高的制造PN結的方法及其
PN結。本發明實施例公開的技術方案包括
一種制造PN結的方法，其特征在于，包括獲取基底材料；在所述基底材料上形成氮化鎵層；以及第一摻雜步驟在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性變化；第二摻雜步驟在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分按照與所述第一鋁鎵氮中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。進一步地，所述第一摻雜步驟包括在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性增加；所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。進一步地，所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括將形成了所述氮化鎵層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述氮化鎵層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。進一步地，所述氮化鎵層為氮面極化，其中在所述第一摻雜步驟之前還包括在所述氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且使在所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分鋁的含量 相同。進一步地，所述第一摻雜步驟包括在所述鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小；所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。進一步地，所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括將形成了所述鋁鎵氮過渡層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述鋁鎵氮過渡層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。進一步地，所述第一鋁鎵氮層為N型摻雜層，所述第二鋁鎵氮層是P型摻雜層。進一步地，在所述第一摻雜步驟之前還包括清洗形成了所述氮化鎵層的所述基底材料并且在清洗過程中在所述基底材料上形成氮化鎵膜。本發明的實施例中還提供了一種PN結，其特征在于，包括基底材料；氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上；第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述氮化鎵層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性增加；第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。本發明的實施例中還提供了一種PN結，其特征在于，包括基底材料；氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上；鋁鎵氮過渡層，所述鋁鎵氮過渡層形成在所述氮化鎵層上，并且所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同；第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述鋁鎵氮過渡層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小；第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。本發明的實施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實現P型和N型摻雜，并制備成為PN結。此方法不需要摻雜物，且實現的PN結中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復性好，為提高基于氮化鎵基異質結的器件響應速率及器件穩定性提供了可能性。


圖I是本發明一個實施例的制造PN結的方法的流程示意 圖2是本發明另一個實施例的制造PN結的方法的流程示意 圖3是本發明一個實施例的PN結的結構示意 圖4是本發明另一個實施例的PN結的結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明的一個實施例中，一種制造半導體薄膜的方法包括步驟10、步驟12、步驟14和步驟16。 步驟10 :犾取基底材料。本發明的實施例中，首先獲取用于制造半導體薄膜的基底材料。本發明的實施例中，可以使用任何適合的材料作為基底材料。例如，一個實施例中，可以使用藍寶石、金剛石或者準絕緣塊狀氮化鎵(GaN)材料作為基底材料。步驟12 :在基底材料上形成氮化鎵層。本發明的實施例中，在獲得基底材料之后，在基底材料上形成一定厚度的氣化嫁層作為襯底。本發明的實施例中，可以使用任何適合的方法在基底材料上形成該氮化鎵層，例如，一個實施例中，可以使用分子束外延生長方法、金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)等等。氮化鎵層的厚度可以根據實際情況設定。例如，一個實施例中，氮化鎵層的厚度可以為3-7微米，以保證襯底材料的薄膜性。本發明的實施例中，該氮化鎵層可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮化鎵層。步驟14 :第一摻雜步驟，在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層。本發明的實施例中，在基底材料上形成氮化鎵層后，隨后進行第一摻雜步驟，即在該氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層。其中，本發明的實施例中，在在該氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層的過程中，使得在被形成的第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近該氮化鎵層的部分到遠離該氮化鎵層的部分線性變化。例如，通常形成的鋁鎵氮可以表示為AlxGai_xN，這里的“X”即表示鋁鎵氮中鋁的含量，相應地“Ι-x”即為鎵的含量。本發明的實施例中，即，使在氮化鎵層上形成的第一鋁鎵氮層中，從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分，X的值(即鋁的含量)線性增加或者線性減小。相應地，此時，在該第一鋁鎵氮層中，從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分，Ι-x (即鎵的含量)線性減小或者線性增加。本發明的一個實施例中，可以使第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分從零開始線性增加。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和氮化鎵層之間的晶格錯位。本發明的實施例中，可以使用任何適合的方法在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，相應地在該方法中可以用對應的調節方式或者控制方式來控制或者改變形成的第一鋁鎵氮層中的鋁的含量。
步驟16 :第二摻雜步驟，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層。本發明的實施例中，在步驟14中形成了第一鋁鎵氮層之后，在步驟16中，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層。其中，在該第二鋁鎵氮層中，使該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分按照與前述的第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化的方向相反的方向線性變化，也就是，例如，第二鋁鎵氮層和第一鋁鎵氮層中鋁含量的梯度互為相反數，即，當在步驟14 (第一摻雜步驟)中，第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性增加時，則第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性減小；當在步驟14 (第一摻雜步驟)中，第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性減小時，則第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。本發明的一個實施例中，在步驟16中，鋁的含量的變化可以從步驟14結束的時刻第一鋁鎵氮層中鋁的含量開始變化。即，當步驟14結束時，第一鋁鎵氮層中鋁的含量為X， 則在步驟16中，形成第二鋁鎵氮層時，鋁的含量從X開始變化，即由X開始線性增加或者線性減小。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層之間的晶格錯位。類似地，本發明的實施例中，可以使用任何適合的方法在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，相應地在該方法中可以用對應的調節方式或者控制方式來控制或者改變形成的第一鋁鎵氮層中的鋁的含量。例如，本發明的一個實施例中，在步驟14和步驟16中，可以使用分子束外延生長的方法在氮化鎵層上生長形成第一鋁鎵氮層并且在第一鋁鎵氮層上生長形成第二鋁鎵氮層，并且第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性增力口，第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。此時，第一摻雜步驟(即步驟14)和第二摻雜步驟(即步驟16)可以包括
將形成了氮化鎵層的基底材料放置于分子束外延生長儀中；
向該分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小。容易理解，當向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體后，在分子束外延生長儀中，即可開始在氮化鎵層上生長形成第一鋁鎵氮層。在該生長的過程中，也就是在向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體的過程中，調節鋁金屬分子束源和/或鎵金屬分子束源的溫度，即可控制在該生長過程中使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小，從而使得形成的第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性增加；
當生長形成的第一鋁鎵氮層達到需要的厚度后，使鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使鎵金屬分子束的流量線性增加。此時，與前文所述的生長形成第一鋁鎵氮層類似，將在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層，且第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。本發明的實施例中，如前文所述，鋁金屬分子束的流量可以從零開始線性增加。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和氮化鎵層之間的晶格錯位。同樣地，在形成第二鋁鎵氮層時，鋁金屬分子束的流量也可以是從第一鋁鎵氮層形成結束時刻的鋁金屬分子束的流量開始線性減小，這樣可以避免第二鋁鎵氮層和第一鋁鎵氮層之間的晶格錯位。本發明的實施例中，其中鋁金屬分子束的流量和鎂金屬分子束的流量可以按照相同的步長變化。本發明的實施例中，前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層的厚度可以根據實際情況設定。例如，一個實施例中，該鋁鎵氮層的厚度可以是50-150納米。前述實施例中，當第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層為P型摻雜層時，也可以在形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時進行鎂摻雜，形成鎂摻雜的第一鋁鎵氮層或者鎂摻雜的第二鋁鎵氮層。也就是說，第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層可以是鎂摻雜的鋁鎵氮層。進行鎂摻雜的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生長方法時，在生長形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時向分子束外延生長儀中通入預定流量的鎂金屬分子束。·
例如，本發明一個實施例中，在藍寶石基底材料上形成鎵面氮化鎵層，清洗后放置于分子束外延生長儀中，然后調節鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，使鎵金屬分子束流量的比重由I線性減小，鋁金屬分子束流量按相同步長由O線性增加，即形成第一鋁鎵氮層，此第一鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為N型摻雜；然后調節鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，并打開鎂金屬分子束源，使鎵金屬分子束流量的比重線性增加至1，鋁金屬分子束流量按相同步長線性減小至0，鎂金屬分子束流量保持不變，這樣，形成鎂摻雜的第二鋁鎵氮層，此層(例如，100納米厚)為P型摻雜。這樣，即制成了 PN結。本發明的實施例中，在步驟12中在基底材料上形成的氮化鎵層襯底可能有兩種極性一種極性是金屬鎵極性(即鎵面氮化鎵)，此時，可以如前文所述的一樣在該氮化鎵層上形成前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層；一種極性是氮極性(即氮面氮化鎵)，此時，在該氮化鎵層上形成前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮之前，可以先在該氮化鎵層上形成一層另外的鋁鎵氮過渡層，其中，使在該鋁鎵氮過渡層中鋁的含量是一個定值，即，在鋁鎵氮過渡層中從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分鋁的含量相同，為一個定值。本發明的實施例中，這個定值可以根據實際情況靈活設定。例如，如圖2所示，本發明另一個實施例中，在前述的實施例的基礎上，在步驟12中在基底材料上形成氮化鎵層之后，還包括步驟120，在步驟120中，在氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且該鋁鎵氮過渡層中鋁的含量是不變的，為一個定值。例如，一個實施例中，可以在氮化鎵層上用分子束外延法生長鋁鎵氮過渡層，該鋁鎵氮過渡層的厚度可以為O. 5-1. 5微米。在分子束外延生長過程中，通過調節鋁金屬分子束源的溫度和鎵金屬分子束源的溫度，使得鋁分子束流量的比重為O. 3，鎵分子束流量的比重為O. 7，這樣，使得形成的鋁鎵氮(AlxGahN)過渡層中的x為O. 3。容易理解，這里的x也可以為其它任何適合的值。隨后，在步驟14 (即第一摻雜步驟)中，在鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層的部分到遠離鋁鎵氮過渡層的部分線性減小;
然后，在步驟16 (即第二摻雜步驟)中，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。與前述的實施例類似，本發明的一個實施例中，也可以使用分子束外延生長的方法在鋁鎵氮過渡層上生長形成第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層。此時，第一摻雜步驟(即步驟14)和第二摻雜步驟(即步驟16)可以包括
將形成了鋁鎵氮過渡層的基底材料放置于分子束外延生長儀中；
向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在鋁鎵氮過渡層上形成第一招鎵氮層；
在第一鋁鎵氮層生長達到所需要的厚度之后，使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在第一鋁鎵氮上形成第二鋁鎵氮層。這樣，即可獲得前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層。類似地，前述實施例中，當第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層為P型摻雜層時，也可以在形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時進行鎂摻雜，形成鎂摻雜的第一鋁鎵氮層或者 鎂摻雜的第二鋁鎵氮層。進行鎂摻雜的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生長方法時，在生長形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時向分子束外延生長儀中通入預定流量的鎂金屬分子束。例如，本發明的一個實施例中，將前述的形成了鋁鎵氮過渡層的基底材料放置于分子束外延生長儀中，然后調節鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，使鎵金屬分子束流量的比重由O. 7線性增加，鋁金屬分子束流量按相同步長由O. 3線性減小，從而形成第一鋁鎵氮層，第一鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為N型摻雜；然后調節鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，并打開鎂金屬分子束源，使鎵金屬分子束流量的比重線性減小，鋁金屬分子束流量按相同步長線性增加，鎂金屬分子束流量保持不變，這樣，即形成第二鋁鎵氮層，此第二鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為P型摻雜。這樣，即完成了 PN結的制備。本發明的前述的實施例中，在在基底材料上形成氮化鎵層之后，在摻雜步驟之前，還可以包括清洗步驟，對形成在基底材料上的氮化鎵層襯底進行清洗。一個實施例中，該清洗步驟可以包括
依次在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗生成了氮化鎵層的基底材料；
在300°C真空腔中放置30分鐘，將該生成了氮化鎵層的基底材料烘干；
在80(TC下烘烤該生成了氮化鎵層的基底材料30分鐘，做熱清洗；
在該生成了氮化鎵層的基底材料上生長100納米的氮化鎵膜，以覆蓋其上的殘留物。隨后，該清洗后的生成了氮化鎵層的基底材料即可被用于后續的步驟120或者步驟14的處理。因此，相應地，本發明的實施例中還揭露了一種PN結，該PN結包括
基底材料；
氮化鎵層，該氮化鎵層形成在基底材料上；
第一鋁鎵氮層，該第一鋁鎵氮層形成在氮化鎵層上，并且該第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性增加；
第二鋁鎵氮層，該第二鋁鎵氮層形成在第一鋁鎵氮層上，并且該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。例如，如圖3所示，本發明一個實施例中，按照前述方法制造的PN結包括基底材料
I、氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4。其中，氮化鎵層2形成在基底材料I上，第一鋁鎵氮層3形成在氮化鎵層2上，第二鋁鎵氮層4形成在第一鋁鎵氮層3上。本實施例中，第一鋁鎵氮層3中鋁的含量從靠近氮化鎵層2的部分到遠離氮化鎵層2的部分線性增加，而第二鋁鎵氮層4中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層3的部分到遠離第一鋁鎵氮層3的部分線性減小。本實施例中，如前文所述，基底材料I可以是藍寶石、金剛石或者準絕緣塊狀氮化鎵材料。本實施例中，如前文所述，氮化鎵層2可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮
化鎵層。當氮化鎵層2是鎵面的氮化鎵層時，由于該氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收空穴，從而形成P型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之 間即形成了 PN結，其中第一鋁鎵氮層3是N型，第二鋁鎵氮層4是P型。而當氮化鎵層2是氮面的氮化鎵層時，類似地，由于該氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收空穴，從而形成P型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結，其中第一鋁鎵氮層3是P型，第二鋁鎵氮層4是N型。相應地，本發明的實施例中還揭露了一種PN結，該PN結包括
基底材料；
氮化鎵層，該氮化鎵層形成在基底材料上；
鋁鎵氮過渡層，該鋁鎵氮過渡層形成在氮化鎵層上，并且該鋁鎵氮過渡層中從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分鋁的含量相同；
第一鋁鎵氮層，該第一鋁鎵氮層形成在鋁鎵氮過渡層上，并且第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層的部分到遠離鋁鎵氮過渡層的部分線性減小；
第二鋁鎵氮層，該第二鋁鎵氮層形成在第一鋁鎵氮層上，并且該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。例如，如圖4所示，本發明一個實施例中，按照前述方法制造的PN結包括基底材料
I、氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4。其中，氮化鎵層2形成在基底材料I上，鋁鎵氮過渡層5形成在氮化鎵層2上，第一鋁鎵氮層3形成在鋁鎵氮過渡層5上，第二鋁鎵氮層4形成在第一鋁鎵氮層3上。本實施例中，鋁鎵氮過渡層5中從靠近氮化鎵層2的部分到遠離氮化鎵層2的部分鋁的含量相同，即鋁鎵氮過渡層5中各部分鋁的含量是相同的。第一鋁鎵氮層3中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層5的部分到遠離鋁鎵氮過渡層5的部分線性減小，而第二鋁鎵氮層4中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層3的部分到遠離第一鋁鎵氮層3的部分線性增加。本實施例中，如前文所述，基底材料I可以是藍寶石、金剛石或者準絕緣塊狀氮化鎵材料。本實施例中，如前文所述，氮化鎵層2可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮
化鎵層。當氮化鎵層2是鎵面的氮化鎵層時，由于該氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收空穴，從而形成P型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結，其中第一鋁鎵氮層3是P型，第二鋁鎵氮層4是N型。而當氮化鎵層2是氮面的氮化鎵層時，類似地，由于該氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收空穴，從而形成P型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結，其中第一鋁鎵氮層3是N型，第二鋁鎵氮層4是P型。本發明的實施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實現P型和N型摻雜，并制備成為PN結。此方法不需要摻雜物，且實現的PN結中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復性好，為提高基于氮化鎵基異質結的器件響應速率及器件穩定性提供了可能性。以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換 只要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護范圍之內。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
權利要求
1.一種制造PN結的方法，其特征在于，包括 獲取基底材料； 在所述基底材料上形成氮化鎵層；以及 第一摻雜步驟在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性變化； 第二摻雜步驟在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分按照與所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于， 所述第一摻雜步驟包括在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性增加； 所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括 將形成了所述氮化鎵層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中； 向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述氮化鎵層上形成所述第一鋁鎵氮層； 使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于所述氮化鎵層為氮極性，其中在所述第一摻雜步驟之前還包括 在所述氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且使在所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于 所述第一摻雜步驟包括在所述鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小; 所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括 將形成了所述鋁鎵氮過渡層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中； 向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述鋁鎵氮過渡層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。
7.如權利要求I至6中任意一項所述的方法，其特征在于所述第一鋁鎵氮層是N型摻雜層，所述第二鋁鎵氮層是P型摻雜層。
8.如權利要求I至6中任意一項所述的方法，其特征在于在所述第一摻雜步驟之前還包括清洗形成了所述氮化鎵層的所述基底材料并且在清洗過程中在所述基底材料上形成氮化鎵膜。
9.一種PN結，其特征在于，包括 基底材料； 氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上； 第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述氮化鎵層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分線性增加； 第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。
10.一種PN結，其特征在于，包括 基底材料； 氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上； 鋁鎵氮過渡層，所述鋁鎵氮過渡層形成在所述氮化鎵層上，并且所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同； 第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述鋁鎵氮過渡層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小; 第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。
全文摘要
本發明實施例公開了一種制造PN結的方法，包括獲取基底材料；在基底材料上形成氮化鎵層；在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，其中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠離氮化鎵層的部分線性變化；在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層，其中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠離第一鋁鎵氮層的部分按照與第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。本發明的實施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實現P型和N型摻雜，并制備成為PN結。不需要摻雜物，且實現的PN結中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復性好。
文檔編號H01L21/20GK102881568SQ20121035596
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者李世彬, 肖戰菲, 吳志明, 蔣亞東 申請人:電子科技大學