[发明专利]ScAlN/GaN双势垒共振隧穿二极管及其制作方法

权利要求书

1.一种ScAlN/GaN双势垒共振隧穿二极管，自下而上包括衬底(1)、GaN外延层(2)、n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)、GaN隔离层(4)、第一势垒层(5)、GaN量子阱层(6)、第二势垒层(7)、隔离层(8)、集电极欧姆接触层(9)、集电极电极(10)，GaN隔离层(4)两侧设有环形发射极电极(12)，GaN隔离层(4)到集电极电极(10)的外部包裹有钝化层(11)。其特征在于：

所述第一势垒层(5)和第二势垒层(7)采用Sc组分x在15％-20％之间、厚度为1nm-3nm且Sc组分一致、厚度相同的Sc_xAl_1-xN；

所述隔离层(8)，采用厚度为2nm-4nm的InN；

所述集电极欧姆接触层(9)，采用掺杂浓度在1x10¹⁹cm^-3-1x10²⁰cm^-3之间，厚度为80nm-100nm的n⁺InN。

2.如权利要求1所述的共振隧穿二极管，其特征在于：

所述的GaN量子阱层(6)，其厚度为1nm-3nm；

所述的GaN隔离层(4)，其厚度为4nm-10nm。

所述的GaN外延层(2)，其厚度为1500nm-4000nm。

3.如权利要求1所述的二极管，其特征在于：

所述的n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)，其掺杂浓度为5x10¹⁹cm^-3-1x10²⁰cm^-3，厚度为100nm-300nm；

所述的钝化层(11)采用SiN材料、Al₂O₃材料、HfO₂材料中的任意一种材料。

所述的衬底(1)采用自支撑氮化镓单晶材料、蓝宝石材料、碳化硅材料、硅材料中的任意一种材料。

4.一种ScAlN/GaN双势垒共振隧穿二极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用分子束外延方法或金属有机物化学气相淀积方法在衬底(1)上外延生长1500nm-4000nm的GaN外延层(2)；

2)采用分子束外延方法，在GaN外延层(2)上生长n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)，其厚度为100nm-300nm，掺杂浓度为5x10¹⁹cm^-3-1x10²⁰cm^-3；

3)采用分子束外延方法,在n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)上生长厚度为4nm-10nm的GaN隔离层(4)；

4)采用分子束外延方法，在GaN隔离层(4)上生长Sc组分x在15％-20％之间、厚度为1nm-3nm的第一Sc_xAl_1-xN势垒层(5)；

5)采用分子束外延方法，在第一ScAlN势垒层(5)上生长厚度为1nm-3nm的GaN量子阱层(6)；

6)采用分子束外延方法，在GaN量子阱层(6)上生长Sc组分x在15％-20％之间、厚度为1nm-3nm的第二Sc_xAl_1-xN势垒层(7)；

7)采用分子束外延方法，在第二ScAlN势垒层(7)生长厚度为2nm-4nm的InN隔离层(8)；

8)采用分子束外延方法，在InN隔离层(8)上生长n⁺InN集电极欧姆接触层(9)，其厚度为80nm-100nm，掺杂浓度为1x10¹⁹cm^-3-1x10²⁰cm^-3；

9)采用传统光学光刻，在n⁺InN集电极欧姆接触层(9)上，形成台面隔离图案，以光刻胶为掩膜，用感应耦合等离子体刻蚀方法，使用BCl₃/Cl₂气体源，刻蚀外延材料，形成深度为500nm-700nm的台面隔离；

10)采用电子束光刻，在n⁺InN集电极欧姆接触层(9)上，形成直径为1μm-4μm的圆形图形。以光刻胶为掩膜，采用电子束蒸发方法蒸发Ti/Au/Ni金属层，形成集电极电极(10)。而后以金属为掩膜，采用感应耦合等离子体刻蚀方法，使用BCl₃/Cl₂气体源，刻蚀深度至n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)，形成从GaN隔离层(4)到集电极电极(10)的圆柱台面；

11)采用传统光学光刻，在n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)上，形成内圆周距圆柱台面3μm的圆环图形。以光刻胶为掩膜，采用电子束蒸发方法蒸发Ti/Au金属层，形成发射极电极(12)；

12)采用等离子体增强化学气相沉积法或原子层淀积工艺，在n⁺GaN发射极欧姆接触层(3)至集电极电极(10)的表面淀积厚度为50nm-200nm的钝化层(11)；

13)采用传统光学光刻，在钝化层(11)上形成发射极电极通孔图形。以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀方法，使用SF₆气体源，形成发射极电极通孔；

14)采用电子束光刻，在圆柱台面钝化层上形成直径为500nm-3μm的圆形图案。以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀方法，使用SF₆气体源，形成集电极电极通孔；

15)采用传统光学光刻，在器件表面形成发射极和集电极Pad图形。以光刻胶为掩膜，采用电子束蒸发方法，蒸发Ti/Au金属层，形成发射极和集电极Pad，完成器件制备。