CN102881568A - 一种制造pn结的方法及其pn结 - Google Patents
一种制造pn结的方法及其pn结 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102881568A CN102881568A CN2012103559653A CN201210355965A CN102881568A CN 102881568 A CN102881568 A CN 102881568A CN 2012103559653 A CN2012103559653 A CN 2012103559653A CN 201210355965 A CN201210355965 A CN 201210355965A CN 102881568 A CN102881568 A CN 102881568A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gallium nitride
- algan
- aluminum
- algan layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 211
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 162
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 65
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract 52
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 60
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 36
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 28
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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n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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明的实施例中，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1是本发明一个实施例的制造PN结的方法的流程示意图；
图2是本发明另一个实施例的制造PN结的方法的流程示意图;
图3是本发明一个实施例的PN结的结构示意图；
图4是本发明另一个实施例的PN结的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一个实施例中，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：获取基底材料。
本发明的实施例中，首先获取用于制造半导体薄膜的基底材料。本发明的实施例中，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。
本发明的实施例中，在获得基底材料之后，在基底材料上形成一定厚度的氮化镓层作为衬底。本发明的实施例中，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。
本发明的实施例中，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。
本发明的实施例中，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，本发明的实施例中，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氮化镓层的部分线性变化。
例如，通常形成的铝镓氮可以表示为AlxGa1-xN，这里的“x”即表示铝镓氮中铝的含量，相应地“1-x”即为镓的含量。本发明的实施例中，即，使在氮化镓层上形成的第一铝镓氮层中，从靠近氮化镓层的部分到远离氮化镓层的部分，x的值（即铝的含量）线性增加或者线性减小。相应地，此时，在该第一铝镓氮层中，从靠近氮化镓层的部分到远离氮化镓层的部分，1-x（即镓的含量）线性减小或者线性增加。
本发明的一个实施例中，可以使第一铝镓氮层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从零开始线性增加。这样，可以避免第一铝镓氮层和氮化镓层之间的晶格错位。
本发明的实施例中，可以使用任何适合的方法在氮化镓层上形成第一铝镓氮层，相应地在该方法中可以用对应的调节方式或者控制方式来控制或者改变形成的第一铝镓氮层中的铝的含量。
步骤16：第二掺杂步骤，在第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层。
本发明的实施例中，在步骤14中形成了第一铝镓氮层之后，在步骤16中，在第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层。其中，在该第二铝镓氮层中，使该第二铝镓氮层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前述的第一铝镓氮层中铝的含量线性变化的方向相反的方向线性变化，也就是，例如，第二铝镓氮层和第一铝镓氮层中铝含量的梯度互为相反数，即，当在步骤14（第一掺杂步骤）中，第一铝镓氮层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增加时，则第二铝镓氮层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线性减小；当在步骤14（第一掺杂步骤）中，第一铝镓氮层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减小时，则第二铝镓氮层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线性增加。
本发明的一个实施例中，在步骤16中，铝的含量的变化可以从步骤14结束的时刻第一铝镓氮层中铝的含量开始变化。即，当步骤14结束时，第一铝镓氮层中铝的含量为x，则在步骤16中，形成第二铝镓氮层时，铝的含量从x开始变化，即由x开始线性增加或者线性减小。这样，可以避免第一铝镓氮层和第二铝镓氮层之间的晶格错位。
类似地，本发明的实施例中，可以使用任何适合的方法在氮化镓层上形成第一铝镓氮层，相应地在该方法中可以用对应的调节方式或者控制方式来控制或者改变形成的第一铝镓氮层中的铝的含量。
例如，本发明的一个实施例中，在步骤14和步骤16中，可以使用分子束外延生长的方法在氮化镓层上生长形成第一铝镓氮层并且在第一铝镓氮层上生长形成第二铝镓氮层，并且第一铝镓氮层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增加，第二铝镓氮层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线性减小。
此时，第一掺杂步骤（即步骤14）和第二掺杂步骤（即步骤16）可以包括：
将形成了氮化镓层的基底材料放置于分子束外延生长仪中；
向该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，并使铝金属分子束的流量线性增加和/或使镓金属分子束的流量线性减小。容易理解，当向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后，在分子束外延生长仪中，即可开始在氮化镓层上生长形成第一铝镓氮层。在该生长的过程中，也就是在向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的过程中，调节铝金属分子束源和/或镓金属分子束源的温度，即可控制在该生长过程中使铝金属分子束的流量线性增加和/或使镓金属分子束的流量线性减小，从而使得形成的第一铝镓氮层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增加；
当生长形成的第一铝镓氮层达到需要的厚度后，使铝金属分子束的流量线性减小和/或使镓金属分子束的流量线性增加。此时，与前文所述的生长形成第一铝镓氮层类似，将在第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层，且第二铝镓氮层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线性减小。
本发明的实施例中，如前文所述，铝金属分子束的流量可以从零开始线性增加。这样，可以避免第一铝镓氮层和氮化镓层之间的晶格错位。同样地，在形成第二铝镓氮层时，铝金属分子束的流量也可以是从第一铝镓氮层形成结束时刻的铝金属分子束的流量开始线性减小，这样可以避免第二铝镓氮层和第一铝镓氮层之间的晶格错位。
本发明的实施例中，其中铝金属分子束的流量和镁金属分子束的流量可以按照相同的步长变化。
本发明的实施例中，前述的第一铝镓氮层和第二铝镓氮层的厚度可以根据实际情况设定。例如，一个实施例中，该铝镓氮层的厚度可以是50-150纳米。
前述实施例中，当第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层为P型掺杂层时，也可以在形成第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层时进行镁掺杂，形成镁掺杂的第一铝镓氮层或者镁掺杂的第二铝镓氮层。也就是说，第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层可以是镁掺杂的铝镓氮层。进行镁掺杂的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生长方法时，在生长形成第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层时向分子束外延生长仪中通入预定流量的镁金属分子束。
例如，本发明一个实施例中，在蓝宝石基底材料上形成镓面氮化镓层，清洗后放置于分子束外延生长仪中，然后调节铝金属分子束源和镓金属分子束源的温度，使镓金属分子束流量的比重由1线性减小，铝金属分子束流量按相同步长由0线性增加，即形成第一铝镓氮层，此第一铝镓氮层（例如，100纳米厚）为N型掺杂；然后调节铝金属分子束源和镓金属分子束源的温度，并打开镁金属分子束源，使镓金属分子束流量的比重线性增加至1，铝金属分子束流量按相同步长线性减小至0，镁金属分子束流量保持不变，这样，形成镁掺杂的第二铝镓氮层，此层（例如，100纳米厚）为P型掺杂。这样，即制成了PN结。
本发明的实施例中，在步骤12中在基底材料上形成的氮化镓层衬底可能有两种极性：一种极性是金属镓极性（即镓面氮化镓），此时，可以如前文所述的一样在该氮化镓层上形成前述的第一铝镓氮层和第二铝镓氮层；一种极性是氮极性（即氮面氮化镓），此时，在该氮化镓层上形成前述的第一铝镓氮层和第二铝镓氮之前，可以先在该氮化镓层上形成一层另外的铝镓氮过渡层，其中，使在该铝镓氮过渡层中铝的含量是一个定值，即，在铝镓氮过渡层中从靠近氮化镓层的部分到远离氮化镓层的部分铝的含量相同，为一个定值。本发明的实施例中，这个定值可以根据实际情况灵活设定。
例如，如图2所示，本发明另一个实施例中，在前述的实施例的基础上，在步骤12中在基底材料上形成氮化镓层之后，还包括步骤120，在步骤120中，在氮化镓层上形成铝镓氮过渡层，并且该铝镓氮过渡层中铝的含量是不变的，为一个定值。
例如，一个实施例中，可以在氮化镓层上用分子束外延法生长铝镓氮过渡层，该铝镓氮过渡层的厚度可以为0.5-1.5微米。在分子束外延生长过程中，通过调节铝金属分子束源的温度和镓金属分子束源的温度，使得铝分子束流量的比重为0.3，镓分子束流量的比重为0.7，这样，使得形成的铝镓氮（AlxGa1-xN）过渡层中的x为0.3。容易理解，这里的x也可以为其它任何适合的值。
随后，在步骤14（即第一掺杂步骤）中，在铝镓氮过渡层上形成第一铝镓氮层并使第一铝镓氮层中铝的含量从靠近铝镓氮过渡层的部分到远离铝镓氮过渡层的部分线性减小；
然后，在步骤16（即第二掺杂步骤）中，在第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层并使第二铝镓氮层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线性增加。
与前述的实施例类似，本发明的一个实施例中，也可以使用分子束外延生长的方法在铝镓氮过渡层上生长形成第一铝镓氮层和第二铝镓氮层。此时，第一掺杂步骤（即步骤14）和第二掺杂步骤（即步骤16）可以包括：
将形成了铝镓氮过渡层的基底材料放置于分子束外延生长仪中；
向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，并使铝金属分子束的流量线性减小和/或使镓金属分子束的流量线性增加，从而在铝镓氮过渡层上形成第一铝镓氮层；
在第一铝镓氮层生长达到所需要的厚度之后，使铝金属分子束的流量线性增加和/或使镓金属分子束的流量线性减小，从而在第一铝镓氮上形成第二铝镓氮层。
这样，即可获得前述的第一铝镓氮层和第二铝镓氮层。
类似地，前述实施例中，当第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层为P型掺杂层时，也可以在形成第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层时进行镁掺杂，形成镁掺杂的第一铝镓氮层或者镁掺杂的第二铝镓氮层。进行镁掺杂的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生长方法时，在生长形成第一铝镓氮层或者第二铝镓氮层时向分子束外延生长仪中通入预定流量的镁金属分子束。
例如，本发明的一个实施例中，将前述的形成了铝镓氮过渡层的基底材料放置于分子束外延生长仪中，然后调节铝金属分子束源和镓金属分子束源的温度，使镓金属分子束流量的比重由0.7线性增加，铝金属分子束流量按相同步长由0.3线性减小，从而形成第一铝镓氮层，第一铝镓氮层（例如，100纳米厚）为N型掺杂；然后调节铝金属分子束源和镓金属分子束源的温度，并打开镁金属分子束源，使镓金属分子束流量的比重线性减小，铝金属分子束流量按相同步长线性增加，镁金属分子束流量保持不变，这样，即形成第二铝镓氮层，此第二铝镓氮层（例如，100纳米厚）为P型掺杂。这样，即完成了PN结的制备。
本发明的前述的实施例中，在在基底材料上形成氮化镓层之后，在掺杂步骤之前，还可以包括清洗步骤，对形成在基底材料上的氮化镓层衬底进行清洗。
一个实施例中，该清洗步骤可以包括：
依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗生成了氮化镓层的基底材料；
在300℃真空腔中放置30分钟，将该生成了氮化镓层的基底材料烘干；
在800℃下烘烤该生成了氮化镓层的基底材料30分钟，做热清洗；
在该生成了氮化镓层的基底材料上生长100纳米的氮化镓膜，以覆盖其上的残留物。
随后，该清洗后的生成了氮化镓层的基底材料即可被用于后续的步骤120或者步骤14的处理。
因此，相应地，本发明的实施例中还揭露了一种PN结，该PN结包括：
基底材料；
氮化镓层，该氮化镓层形成在基底材料上；
第一铝镓氮层，该第一铝镓氮层形成在氮化镓层上，并且该第一铝镓氮层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增加；
第二铝镓氮层，该第二铝镓氮层形成在第一铝镓氮层上，并且该第二铝镓氮层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线性减小。
例如，如图3所示，本发明一个实施例中，按照前述方法制造的PN结包括基底材料1、氮化镓层2、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4。其中，氮化镓层2形成在基底材料1上，第一铝镓氮层3形成在氮化镓层2上，第二铝镓氮层4形成在第一铝镓氮层3上。
本实施例中，第一铝镓氮层3中铝的含量从靠近氮化镓层2的部分到远离氮化镓层2的部分线性增加，而第二铝镓氮层4中铝的含量从靠近第一铝镓氮层3的部分到远离第一铝镓氮层3的部分线性减小。
本实施例中，如前文所述，基底材料1可以是蓝宝石、金刚石或者准绝缘块状氮化镓材料。
本实施例中，如前文所述，氮化镓层2可以是氮面的氮化镓层，也可以是镓面的氮化镓层。
当氮化镓层2是镓面的氮化镓层时，由于该氮化镓层2、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间的极化作用，使得第一铝镓氮层3吸收自由电子，从而形成N型掺杂层，而第二铝镓氮层4吸收空穴，从而形成P型掺杂层，这样，第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间即形成了PN结，其中第一铝镓氮层3是N型，第二铝镓氮层4是P型。
而当氮化镓层2是氮面的氮化镓层时，类似地，由于该氮化镓层2、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间的极化作用，使得第一铝镓氮层3吸收空穴，从而形成P型掺杂层，而第二铝镓氮层4吸收自由电子，从而形成N型掺杂层，这样，第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间即形成了PN结，其中第一铝镓氮层3是P型，第二铝镓氮层4是N型。
相应地，本发明的实施例中还揭露了一种PN结，该PN结包括：
基底材料；
氮化镓层，该氮化镓层形成在基底材料上；
铝镓氮过渡层，该铝镓氮过渡层形成在氮化镓层上，并且该铝镓氮过渡层中从靠近氮化镓层的部分到远离氮化镓层的部分铝的含量相同；
第一铝镓氮层，该第一铝镓氮层形成在铝镓氮过渡层上，并且第一铝镓氮层中铝的含量从靠近铝镓氮过渡层的部分到远离铝镓氮过渡层的部分线性减小；
第二铝镓氮层，该第二铝镓氮层形成在第一铝镓氮层上，并且该第二铝镓氮层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线性增加。
例如，如图4所示，本发明一个实施例中，按照前述方法制造的PN结包括基底材料1、氮化镓层2、铝镓氮过渡层5、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4。其中，氮化镓层2形成在基底材料1上，铝镓氮过渡层5形成在氮化镓层2上，第一铝镓氮层3形成在铝镓氮过渡层5上，第二铝镓氮层4形成在第一铝镓氮层3上。
本实施例中，铝镓氮过渡层5中从靠近氮化镓层2的部分到远离氮化镓层2的部分铝的含量相同，即铝镓氮过渡层5中各部分铝的含量是相同的。第一铝镓氮层3中铝的含量从靠近铝镓氮过渡层5的部分到远离铝镓氮过渡层5的部分线性减小，而第二铝镓氮层4中铝的含量从靠近第一铝镓氮层3的部分到远离第一铝镓氮层3的部分线性增加。
本实施例中，如前文所述，基底材料1可以是蓝宝石、金刚石或者准绝缘块状氮化镓材料。
本实施例中，如前文所述，氮化镓层2可以是氮面的氮化镓层，也可以是镓面的氮化镓层。
当氮化镓层2是镓面的氮化镓层时，由于该氮化镓层2、铝镓氮过渡层5、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间的极化作用，使得第一铝镓氮层3吸收空穴，从而形成P型掺杂层，而第二铝镓氮层4吸收自由电子，从而形成N型掺杂层，这样，第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间即形成了PN结，其中第一铝镓氮层3是P型，第二铝镓氮层4是N型。
而当氮化镓层2是氮面的氮化镓层时，类似地，由于该氮化镓层2、铝镓氮过渡层5、第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间的极化作用，使得第一铝镓氮层3吸收自由电子，从而形成N型掺杂层，而第二铝镓氮层4吸收空穴，从而形成P型掺杂层，这样，第一铝镓氮层3和第二铝镓氮层4之间即形成了PN结，其中第一铝镓氮层3是N型，第二铝镓氮层4是P型。
本发明的实施例中，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。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
Claims (10)
1.一种制造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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：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。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氮化镓层为氮极性，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。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：
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。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：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。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于：所述第一铝镓氮层是N型掺杂层，所述第二铝镓氮层是P型掺杂层。
8.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于：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。
9.一种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。
10.一种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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012103559653A CN102881568A (zh) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | 一种制造pn结的方法及其pn结 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012103559653A CN102881568A (zh) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | 一种制造pn结的方法及其pn结 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102881568A true CN102881568A (zh) | 2013-01-16 |
Family
ID=47482853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012103559653A Pending CN102881568A (zh) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | 一种制造pn结的方法及其pn结 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102881568A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111769034A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-10-13 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 一种渐变式pn结材料的制备方法 |
| CN113611734A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-05 | 西安电子科技大学 | 基于氮化镓衬底的渐变铝组分铝镓氮mosfet及制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101814537A (zh) * | 2009-02-19 | 2010-08-25 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法 |
-
2012
- 2012-09-24 CN CN2012103559653A patent/CN102881568A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101814537A (zh) * | 2009-02-19 | 2010-08-25 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SHIBIN LI ET AL: "Polarization induced pn-junction without dopant in graded AlGaN coherently strained on GaN", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》, vol. 101, no. 12, 17 September 2012 (2012-09-17) * |
| WANG ZE-GAO, CHEN YUAN-FU等: "Significant performance enhancement in AlGaN/GaNhigh electron mobility transistor by high-κ organic dielectric", 《CHINESE PHYSICS B》, vol. 19, no. 10, 31 October 2010 (2010-10-31) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111769034A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-10-13 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 一种渐变式pn结材料的制备方法 |
| CN111769034B (zh) * | 2020-06-04 | 2022-03-29 | 东莞市天域半导体科技有限公司 | 一种渐变式pn结材料的制备方法 |
| CN113611734A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-05 | 西安电子科技大学 | 基于氮化镓衬底的渐变铝组分铝镓氮mosfet及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9355843B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP6737800B2 (ja) | 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および、半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法 | |
| JP6487989B2 (ja) | １３族窒化物複合基板、半導体素子、および１３族窒化物複合基板の製造方法 | |
| JP2007258406A (ja) | 半導体装置 | |
| US20150084163A1 (en) | Epitaxial substrate, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device | |
| TW200418247A (en) | ZnO system semiconductor device | |
| US10332975B2 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor device and method for manufacturing same | |
| WO2012105179A1 (ja) | 半導体基板、半導体装置、および半導体基板の製造方法 | |
| JP5817283B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN111063726A (zh) | 一种Si基氮化镓器件的外延结构 | |
| CN105374869B (zh) | 具有原位栅介质的AlGaN/GaN异质结器件及其制作方法 | |
| CN102800572A (zh) | 一种制造镁掺杂半导体薄膜的方法及其半导体薄膜 | |
| JP5776344B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN102881568A (zh) | 一种制造pn结的方法及其pn结 | |
| JP7487726B2 (ja) | 窒化物半導体基板及びその製造方法 | |
| CN108336192B (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN109244131A (zh) | 一种高速晶体管及其制造方法 | |
| CN108155224A (zh) | 氮化镓外延片、外延方法及氮化镓基晶体管 | |
| CN102800571A (zh) | 一种制造半导体薄膜的方法及其半导体薄膜 | |
| CN1971852A (zh) | 一种生长高阻GaN薄膜的方法 | |
| Yun | AlGaN based high electron mobility transistors | |
| WO2017221863A1 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物積層体、及び該積層体を備えた縦型半導体デバイス | |
| Liu et al. | Unstrained InAlN/GaN heterostructures grown on sapphire substrates by MOCVD | |
| JP5024307B2 (ja) | 電界効果型トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法 | |
| JP2013187368A (ja) | 窒化ガリウム系半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び高周波デバイス用エピタキシャルウェハ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130116 |