渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管及工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种渐变In含量InGaN子量子阱的RTD二极管。包括：GaN外延层、n十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、渐变In组分的InGaN子量子阱、第二GaN隔离层、n十GaN发射极欧姆接触层、圆形电极依次从下至上分布在衬底上方，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AlN钝化层。本发明在RTD中引入渐变In组分InGaN子量子阱和AlN材料钝化层，增大峰值电流，提高输出功率，减小器件功耗。
【专利说明】
渐变I η组分I nGaN子量子阱的RTD二极管及工艺
技术领域
[0001]本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子器件技术领域中的一种渐变铟In组分铟镓氮I nGaN子量子讲的宽带隙半导体GaN材料的共振隧穿二极管(ResonantTunneling D1de，RTD)。本发明可以作为高频、大功率器件，应用在微波和高速数字电路领域。
【背景技术】
[0002]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。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，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。
[0003]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。
[0004]西安电子科技大学在其专利申请文件“具有双InGaN子量子讲的共振隧穿二极管及其利记博彩app”(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利记博彩app。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势皇层和第二 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；同时SiN钝化层的势皇不高，漏电大。
[0005]天津大学在其专利申请文件“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。该方法存在的不足是，由于AlAs/InGaAs界面处的二维电子气浓度不高，迀移率也不高，工作频率和输出功率都无法满足太赫兹器件的输出要求。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于针对GaN材料共振隧穿二极管的峰值电流小、输出功率低的缺点，提出一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，增大峰值电流，提高器件功率。
[0007]为了实现上述目的，本发明的具体思路是:让InGaN子量子阱的In组分从第二GaN隔离层到第二 InAlN势皇层等步上升，则InGaN的导带将发生倾斜，则倾斜导带产生的电场可以减少GaN/InGaN界面的负极化电荷，增大峰值电流，提高输出功率。钝化层使用AlN材料，AlN的势皇比SiN要高，可以显著减少漏电，减少器件功耗。
[0008]本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，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+GaN集电极欧姆接触层，位于n+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势皇层、GaN主量子阱层、第二 InAlN势皇层、第二 GaN隔离层、n+GaN发射极欧姆接触层、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+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;其特征在于:渐变In组分的InGaN子量子阱位于第二 InAlN势皇层和第二 GaN隔离层之间，InGaN子量子阱的In组分是从第二 GaN隔离层到第二 InAlN势皇层等步上升的；钝化层使用AlN材料，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方。
[0009]本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管工艺，包括如下步骤:
[0010](I)在GaN自支撑衬底上外延GaN层:
[0011]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底(I)上外延生长一层GaN层(2);
[0012](2)生长n+GaN集电极欧姆接触层:
[0013]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层(2)上生长n+GaN集电极欧姆接触层(3) ;n+GaN集电极欧姆接触层(3)厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?IxlO2t3Cm
-3.，
[0014](3)生长第一 GaN隔离层:
[0015]采用分子束外延MBE方法，在n+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⑷厚度为2?6nm;
[0016](4)生长 InAIN/GaN/InAIN 双势皇结构:
[0017](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势皇层(5);第一InAIN势皇层(5)厚度为0.8?I.2nm，In组分为16%?18% ；
[0018](4b)采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层(5)上生长GaN主量子阱层(6);GaN主量子阱层(6)厚度为0.8?1.2nm;
[0019](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势皇层(7);第二 InAIN势皇层(7)厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18%;
[0020](5)生长渐变In组分的InGaN子量子阱:
[0021](5a)采用分子束外延MBE方法，在第二 InAIN势皇层(7)上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是3%?5%;
[0022](5b)采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是4 %~6%；
[0023](5c)采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是5%?7%;
[0024](6)生长第二 GaN隔离层:
[0025]采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱(8)上生长第二 GaN隔离层(9);第二GaN隔离层(9)厚度为2?6nm;
[0026](7)生长n+GaN发射极欧姆接触层:
[0027]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层(9)上生长n+GaN发射极欧姆接触层(10)，n+GaN发射极欧姆接触层(10)厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?
IxlO20Cnf3;
[0028](8)形成小圆形台面:
[0029 ]在n+GaN发射极欧姆接触层(10)上光刻形成直径为5?ΙΟμπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用此13/(:12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层
(3)，形成小圆形台面；
[0030](9)淀积AlN钝化层:
[0031]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(13)，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔；
[0032](10)形成环形电极和圆形电极:
[0033]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/16Onm，经过金属剥离形成环形电极(11)和圆形电极(12);对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
[0034]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0035]第一，由于本发明中InGaN子量子阱的In组分是从第二GaN隔离层到第二InAlN势皇层等步上升的，InGaN子阱和GaN隔离层之间的负极化电荷减少，克服了现有技术中峰值电流小，输出功率小的缺点，因而使得本发明具有更高的峰值电流，更大的输出功率的优点。
[0036]第二，由于本发明使用AlN材料作为钝化层，利用AlN势皇很高的优势，克服了现有技术中漏电大的缺点，因而使得本发明具有更小的漏电电流，更小的器件功耗的优点。
【附图说明】
[0037]图1是本发明二极管的剖面结构图；
[0038]图2是本发明二极管的俯视图；
[0039]图3是本发明工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0041]参照图1和图2，本发明是一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，包括:位于衬底I上方的GaN外延层2，位于GaN外延层2上方位置的n+GaN集电极欧姆接触层3，位于n+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势皇层5、GaN主量子阱层6、第二 InAlN势皇层7、第二 GaN隔离层9、n+GaN发射极欧姆接触层10、圆形电极12依次从下至上竖直分布在第一 GaN隔离层4上方，位于n+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11;其特征在于:渐变In组分的InGaN子量子阱8位于第二 InAlN势皇层7和第二GaN隔离层9之间，InGaN子量子阱8的In组分是从第二GaN隔离层9到第二InAlN势皇层7等步上升的;钝化层13使用AlN材料，位于n+GaN集电极欧姆接触层3上方。
[0042]参照图3，本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管的制作工艺的具体步骤如下。
[0043]步骤1:在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
[0044]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
[0045]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0046]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
[0047]抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
[0048]将反应室内升温至生长温度450°C，压力为40托。
[0049]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0050]以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0051 ]步骤2:生长n+GaN集电极欧姆接触层。
[0052]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n+GaN集电极欧姆接触层;n+GaN集电极欧姆接触层厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?lxl02()Cm—3。
[0053]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0054]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0055]抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
[0056]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0057]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0058]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0059]步骤3:生长第一 GaN隔离层。
[0060]采用分子束外延MBE方法，在n+GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层;第一GaN隔离层厚度为2?6nm。
[0061 ]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0062]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0063]将以n+GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0064]升温铟炉和镓炉至温度分别为585 °C和850 °C。
[0065]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0066]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0067]步骤4:生长InAIN/GaN/InAIN双势皇结构。
[0068]采用分子束外延MBE方法，在第一 GaN隔离层上生长第一 InAIN势皇层;第一 InAIN势皇层厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18% ο
[0069]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0070]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0071 ]将以第一 GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0072]升温铟炉和镓炉至温度分别为900°C和585°C。
[0073]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0074]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0075]采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层上生长GaN主量子阱层;GaN主量子讲层厚度为0.8?1.2nm0
[0076]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0077]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0078]将以第一InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0079]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0080]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0081]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0082]采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二 InAIN势皇层;第二 InAIN势皇层厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18% ο
[0083]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0084]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0085]将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0086]升温铟炉和镓炉至温度分别为900 °C和585 °C。
[0087]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0088]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0089]步骤5:生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
[0090]采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势皇层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是3%?5 %。
[0091 ]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0092]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0093]将以第二InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0094]升温铟炉和镓炉至温度分别为585 °C和850 °C。
[0095]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.030?0.053范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0096]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0097]采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为lnm，In组分范围是4%?6%。
[0098]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0099]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0100]将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0101 ] 升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0102]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.042?0.064范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0103]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0104]采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是5%?7 %。
[0105]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0106]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0107]将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0108]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0109]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.053?0.075范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0110]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0111]步骤6:生长第二 GaN隔离层。
[0112]采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二 GaN隔离层；第二 GaN隔离层厚度为2?6nm。
[0113]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0114]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0115]将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0116]升温铟炉和镓炉至温度分别为585 °C和850 °C。
[0117]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0118]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0119]步骤7:生长n+GaN发射极欧姆接触层。
[0120]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n+GaN发射极欧姆接触层。n+GaN发射极欧姆接触层厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?lxlO'nf3。
[0121 ]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0122]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0123]抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
[0124]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0125]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0126]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0127]步骤8:形成小圆形台面。
[0128]在n+GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为5?ΙΟμπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用此13/(:12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
[0129]步骤9:淀积AlN钝化层。
[0130]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，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
[0131]等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
[0132]准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
[0133]将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350°C，反应室压力为I托。
[0134]采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
[0135]三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
[0136]步骤10:形成环形电极和圆形电极。
[0137]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和圆形电极;对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
[0138]下面通过改变GaN外延层的厚度、n+GaN集电极欧姆接触层的厚度和掺杂浓度、GaN隔离层的厚度、InAIN势皇层的厚度、GaN主量子阱层的厚度、渐变In组分的InGaN子量子阱In组分、n+GaN发射极欧姆接触层的厚度和掺杂浓度、小圆台面的半径、AlN钝化层厚度获得不同性能的二极管的三种实施例，对本发明的制备方法做进一步的描述。
[0139]实施例1:制作第一层InGaN子量子阱的In组分为3 %，第二层InGaN子量子阱的In组分为4%，第三层InGaN子量子阱的In组分为5 %的渐变In组分InGaN子量子阱层。
[0140]步骤1:在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
[0141 ]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
[0142]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0143]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
[0144]抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
[0145]将反应室内升温至生长温度450°C，压力为40托。
[0146]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0147]以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0148]步骤2:生长n+GaN集电极欧姆接触层。
[0149]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n+GaN集电极欧姆接触层;n+GaN集电极欧姆接触层厚度为80nm，掺杂浓度为lX1019cm—3。
[0150]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0151]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0152]抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
[0153]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0154]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0155]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0156]步骤3:生长第一 GaN隔离层。
[0157]采用分子束外延MBE方法，在n+GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层，第一GaN隔尚层厚度为2nm0
[0158]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0159]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0160]将以n+GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0161 ] 升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0162]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0163]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0164]步骤4:生长InAIN/GaN/InAIN双势皇结构。
[0165]采用分子束外延MBE方法，在第一 GaN隔离层上生长第一 InAIN势皇层;第一 InAIN势皇层厚度为0.8nm，In组分为16 %。
[0166]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0167]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0168]将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0169]升温铟炉和镓炉至温度分别为900°C和585°C。
[0170]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0171]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0172]采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层上生长GaN主量子阱层;GaN主量子讲层厚度为0.8nmo
[0173]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0174]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0175]将以第一InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0176]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0177]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0178]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0179]采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二 InAIN势皇层;第二 InAIN势皇层厚度为0.8nm，In组分为16 %。
[0180]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0181]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0182]将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0183]升温铟炉和镓炉至温度分别为900°C和585°C。
[0184]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0185]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0186]步骤5:生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
[0187]采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势皇层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是3 %。
[0188]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0189]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0190]将以第二InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0191 ] 升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0192]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.030，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0193]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0194]采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子讲的厚度为lnm，In组分范围是4%。
[0195]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0196]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0197]将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0198]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0199]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.042，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0200]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0201 ]采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是5 %。
[0202]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0203]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0204]将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0205]升温铟炉和镓炉至温度分别为585 °C和850 °C。
[0206]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0207]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0208]步骤6:生长第二 GaN隔离层。
[0209]采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二 GaN隔离层；第二 GaN隔离层厚度为2nm。
[0210]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0211]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0212]将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0213]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0214]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0215]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0216]步骤7:生长n+GaN发射极欧姆接触层。
[0217]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n+GaN发射极欧姆接触层。n+GaN发射极欧姆接触层厚度为80nm，掺杂浓度为lX1019cm—3。
[0218]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0219]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0220]抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
[0221 ] 将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0222]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0223]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0224]步骤8:形成小圆形台面。
[0225]在n+GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为5μπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BC13/C12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
[0226]步骤9:淀积AlN钝化层。
[0227]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200nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
[0228]等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
[0229]准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
[0230]将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350°C，反应室压力为I托。
[0231]采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1 s的循环时间内，前0.1 s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
[0232]三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
[0233]步骤10:形成环形电极和圆形电极。
[0234]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和圆形电极;对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
[0235]实施例2:制作第一层InGaN子量子阱的In组分为4%，第二层InGaN子量子阱的In组分为5 %，第三层InGaN子量子阱的In组分为6 %的渐变In组分InGaN子量子阱层。
[0236]步骤A:在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
[0237]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
[0238]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0239]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
[0240]抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
[0241 ]将反应室内升温至生长温度450°C，压力为40托。
[0242]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0243]以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0244]步骤B:生长n+GaN集电极欧姆接触层。
[0245]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n+GaN集电极欧姆接触层;n+GaN集电极欧姆接触层厚度为lOOnm，掺杂浓度为5X1019cnf3。
[0246]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0247]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0248]抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
[0249]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0250]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0251 ]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0252]步骤C:生长第一 GaN隔离层。
[0253]采用分子束外延MBE方法，在n+GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层;第一GaN隔离层厚度为4nm。
[0254]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0255]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0256]将以n+GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0257]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0258]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0259]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0260]步骤D:生长InAIN/GaN/InAIN双势皇结构。
[0261]采用分子束外延MBE方法，在第一 GaN隔离层上生长第一 InAIN势皇层;第一 InAIN势皇层厚度为lnm，In组分为17% ο
[0262]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0263]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0264]将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0265]升温铟炉和镓炉至温度分别为900 °C和585 °C。
[0266]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0267]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0268]采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层上生长GaN主量子阱层;GaN主量子讲层厚度为Inm0
[0269]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0270]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0271 ]将以第一 InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0272]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0273]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0274]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0275]采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二 InAIN势皇层;第二 InAIN势皇层厚度为lnm，In组分为17% ο
[0276]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0277]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0278]将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0279]升温铟炉和镓炉至温度分别为900°C和585°C。
[0280]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0281]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0282]步骤E:生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
[0283]采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势皇层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子讲的厚度为lnm，In组分范围是4%。
[0284]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0285]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0286]将以第二InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0287]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0288]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.042，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0289]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0290]采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是5 %。
[0291 ]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0292]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。[0293 ]将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0294]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0295]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0296]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0297]采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是6 %。
[0298]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0299]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0300]将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0301 ] 升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0302]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.064，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0303]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0304]步骤F:生长第二 GaN隔离层。
[0305]采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二 GaN隔离层；第二 GaN隔离层厚度为4nm。
[0306]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0307]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0308]将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0309]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0310]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0311]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0312]步骤G:生长n+GaN发射极欧姆接触层。
[0313]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n+GaN发射极欧姆接触层。n+GaN发射极欧姆接触层厚度为lOOnm，掺杂浓度为5X1019cnf3。
[0314]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0315]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0316]抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
[0317]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0318]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0319]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0320]步骤H:形成小圆形台面。
[0321]在n+GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为7μπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BC13/C12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
[0322]步骤I:淀积AlN钝化层。
[0323]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300nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
[0324]等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
[0325]准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
[0326]将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350°C，反应室压力为I托。
[0327]采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1 s的循环时间内，前0.1 s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
[0328]三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
[0329]步骤J:形成环形电极和圆形电极。
[0330]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和圆形电极;对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
[0331 ] 实施例3:制作第一层InGaN子量子阱的In组分为5 %，第二层InGaN子量子阱的In组分为6 %，第三层InGaN子量子阱的In组分为7 %的渐变In组分InGaN子量子阱层。
[0332]步骤一:在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
[0333]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
[0334]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0335]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
[0336]抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
[0337]将反应室内升温至生长温度450°C，压力为40托。
[0338]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0339]以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0340]步骤二:生长n+GaN集电极欧姆接触层。
[0341 ]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n+GaN集电极欧姆接触层;n+GaN集电极欧姆接触层厚度为120nm，掺杂浓度为lxl02()Cnf3。
[0342]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0343]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0344]抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
[0345]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0346]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0347]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0348]步骤三:生长第一 GaN隔离层。
[0349]采用分子束外延MBE方法，在n+GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层;第一GaN隔离层厚度为6nm。
[0350]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0351 ]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0352]将以n+GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0353]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0354]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0355]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0356]步骤四:生长InAIN/GaN/InAIN双势皇结构。
[0357]采用分子束外延MBE方法，在第一 GaN隔离层上生长第一 InAIN势皇层;第一 InAIN势皇层厚度为I.2nm，In组分为18% ο
[0358]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0359]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0360]将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0361 ] 升温铟炉和镓炉至温度分别为900°C和585°C。
[0362]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0363]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0364]采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层上生长GaN主量子阱层;GaN主量子讲层厚度为1.2nm0
[0365]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0366]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0367]将以第一InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0368]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0369]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0370]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0371]采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二 InAIN势皇层;第二 InAIN势皇层厚度为I.2nm，In组分为18% ο
[0372]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0373]准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
[0374]将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0375]升温铟炉和镓炉至温度分别为900Γ和585Γ。
[0376]氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0377]由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
[0378]步骤五:生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
[0379]采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势皇层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是5 %。
[0380]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0381]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0382]将以第二InAIN势皇层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0383]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0384]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0385]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0386]采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是6 %。
[0387]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0388]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0389 ]将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0390] 升温铟炉和镓炉至温度分别为585Γ和850Γ。
[0391 ] 氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.064，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0392]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0393]采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是7 %。
[0394]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0395]准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
[0396]将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0397]升温铟炉和镓炉至温度分别为585°C和850°C。
[0398]氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.075，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
[0399]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
[0400]步骤六:生长第二GaN隔离层。
[0401]采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二 GaN隔离层；第二 GaN隔离层厚度为6nm。
[0402]分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
[0403]准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
[0404]将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
[0405]升温铟炉和镓炉至温度分别为585 °C和850 °C。
[0406]氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
[0407]不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
[0408]步骤七:生长n+GaN发射极欧姆接触层。
[0409]采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n+GaN发射极欧姆接触层。n+GaN发射极欧姆接触层厚度为120nm，掺杂浓度为lxl02()Cnf3。
[0410]金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
[0411 ]准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源。
[0412]抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
[0413]将反应室升温至生长温度1000°C，压力为40托。
[0414]温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
[0415]采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
[0416]步骤八:形成小圆形台面。
[0417]在n+GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为ΙΟμπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BC13/C12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
[0418]步骤九:淀积AlN钝化层。
[0419]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400nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
[0420]等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
[0421 ] 准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
[0422]将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350°C，反应室压力为I托。
[0423]采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1 s的循环时间内，前0.1 s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
[0424]三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
[0425]步骤十:形成环形电极和圆形电极。
[0426]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和圆形电极;对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
【主权项】
1.一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，包括:位于衬底(I)上方的GaN外延层(2)，位于GaN外延层(2)上方位置的n+GaN集电极欧姆接触层(3)，位于n+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势皇层(5)、GaN主量子阱层(6)、第二InAlN势皇层(7)、第二GaN隔离层(9)、n+GaN发射极欧姆接触层(10)、圆形电极(12)依次从下至上竖直分布在第一 GaN隔离层(4)上方，位于n+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(11);其特征在于:渐变In组分的InGaN子量子阱(8)位于第二InAlN势皇层(7)和第二GaN隔离层(9)之间，InGaN子量子阱(8)的In组分是从第二GaN隔离层(9)到第二InAlN势皇层(7)等步上升的，其中In组分是指InN占InGaN中的比例；钝化层(13)使用AlN材料，位于n+GaN集电极欧姆接触层(3)上方。2.根据权利要求1所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管，其特征在于，所述的InGaN子量子阱(8)分为3层，第一层InGaN子量子阱贴近第二InAlN势皇层(7)，第二层InGaN子量子讲在第一层InGaN子量子讲上方，第三层InGaN子量子讲在第二层InGaN子量子讲和第二 GaN隔离层(9)之间。3.—种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管工艺，包括如下步骤: (1)在GaN自支撑衬底上外延GaN层: 采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底(I)上外延生长一层GaN层(2); (2)生长n+GaN集电极欧姆接触层: 采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层(2)上生长n+GaN集电极欧姆接触层(3);n+GaN集电极欧姆接触层⑶厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?lxlO'm—3; (3)生长第一GaN隔离层: 采用分子束外延MBE方法，在n+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)厚度为2?6nm; (4)生长InAIN/GaN/InAIN双势皇结构: (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势皇层(5);第一InAIN势皇层(5)厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18% ； (4b)采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势皇层(5)上生长GaN主量子阱层(6) ;GaN主量子阱层(6)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势皇层(7);第二InAIN势皇层(7)厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18% ； (5)生长渐变In组分的InGaN子量子阱: (5a)采用分子束外延MBE方法，在第二 InAIN势皇层(7)上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是3%?5%; (5b)采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子讲的厚度为lnm，In组分范围是4%?6%; (5c)采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子讲的厚度为Inm，In组分范围是5%?7%; (6)生长第二GaN隔离层: 采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱(8)上生长第二 GaN隔离层(9);第二GaN隔离层(9)厚度为2?6nm; (7)生长n+GaN发射极欧姆接触层: 采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二 GaN隔离层(9)上生长n+GaN发射极欧姆接触层(10)，n+GaN发射极欧姆接触层(10)厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?IxlO20Cnf3; (8)形成小圆形台面: 在n+GaN发射极欧姆接触层(10)上光刻形成直径为5?ΙΟμπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BC13/C12刻蚀气体源，刻蚀深度至n+GaN集电极欧姆接触层(3)，形成小圆形台面； (9)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(13)，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔； (10)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(11)和圆形电极(12);对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为7000C，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。4.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(I)中所述金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源； 第2步，抽去反应室内气体，将衬底(I)送入反应室； 第3步，将反应室内升温至生长温度450 V，压力为40托； 第4步，温度达到后，将镓源流量调至40mL/min; 第5步，以热分解反应方式在衬底(I)上进行气相外延，生成GaN层。5.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(2)、步骤(7)中所述金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为η型掺杂源； 第2步，抽去反应室内气体，将以GaN外延层(2)或者第二 GaN隔离层(9)为表面一层的衬底送入反应室； 第3步，将反应室升温至生长温度1000 V，压力为40托； 第4步，温度达到后，将镓源流量调至40mL/min; 第5步，采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。6.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(3)、步骤(4b)、步骤(6)中所述分子束外延MBE方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源； 第2步，将以n+GaN集电极欧姆接触层(3)或者第一 InAIN势皇层(5)或者渐变In组分的InGaN子量子阱(8)为表面一层的衬底放入超高真空腔体； 第3步，升温铟炉和镓炉至温度分别为585 0C和850 V ； 第4步，氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W; 第5步，不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。7.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(5)中所述分子束外延MBE方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源； 第2步，将以第二 InAIN势皇层(7)或者第一层InGaN子量子阱或者第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体； 第3步，升温铟炉和镓炉至温度分别为585 0C和850 V ； 第4步，氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.030?0.075范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W; 第5步，不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。8.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(4a)、步骤(4c)中所述分子束外延MBE方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源； 第2步，将以第一 GaN隔离层(4)或者GaN主量子阱层(6)为表面一层的衬底放入超高真空腔体； 第3步，升温铟炉和镓炉至温度分别为900 0C和585 0C ； 第4步，氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W; 第5步，由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。9.根据权利要求3所述的渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，其特征在于，步骤(9)中所述的等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下: 第I步，准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源； 第2步，将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350 °C，反应室压力为I托； 第3步，采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室； 第4步，三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
【文档编号】H01L29/88GK105845716SQ201610313055
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】张进成, 黄金金, 于婷, 陆芹, 郝跃, 薛军帅, 杨林安, 林志宇
【申请人】西安电子科技大学