[发明专利]一种氮极性面氮化镓共振隧穿二极管及其制作方法

权利要求书

1.一种氮极性面氮化镓共振隧穿二极管的制作方法，制作自下而上包括衬底(1)、n⁺GaN集电极欧姆接触层(4)、第一GaN隔离层(5)、第一势垒层(6)、GaN量子阱层(7)、第二势垒层(8)、第二GaN隔离层(9)、n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)、发射极电极(11)，第一GaN隔离层(5)两侧为环形集电极电极(13)，第一GaN隔离层(5)到发射极电极(11)刻蚀形成圆柱台，圆柱台面外部包裹有钝化层(12)的二极管，其特征在于，包括如下步骤：

1)在自支撑氮化镓外延片上，利用化学气相淀积工艺生长厚度为2nm-5nm的石墨烯、BN、MoS₂中的任意一种转移层；

2)用金属有机物化学气相淀积工艺，在转移层上依次生长厚度为50nm-200nm的GaN或AlN成核层和厚度为1000nm-3000nm的GaN缓冲层；

3)采用分子束外延方法，在缓冲层上生长n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)，其厚度为100nm-300nm，掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3；

4)采用分子束外延方法,在n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)上生长厚度为4nm-8nm的第二GaN隔离层(9)；

5)采用分子束外延方法，在第二GaN隔离层(9)上生长厚度为1nm-3nm的第二势垒层(8)；

6)采用分子束外延方法，在第二势垒层(8)上生长厚度为1nm-3nm的GaN量子阱层(7)；

7)采用分子束外延方法，在GaN量子阱层(7)上生长厚度为1nm-3nm的第一势垒层(6)；

8)采用分子束外延方法，在第一势垒层(6)上生长厚度为4nm-8nm的第一GaN隔离层(5)；

9)采用分子束外延方法，在第一GaN隔离层(5)上生长n⁺GaN集电极欧姆接触层(4)，其厚度为100nm-300nm，掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3；

10)采用金属有机物化学气相淀积工艺，在n⁺GaN集电极欧姆接触层上淀积厚度为4μm-10μm的GaN支撑层(3)；

11)用低压化学气相淀积技术，在GaN支撑层(3)上淀积厚度为50nm-200nm的SiN过渡层(2)；

12)用微波等离子体化学气相淀积工艺，在SiN过渡层(2)上淀积厚度为40μm-60μm的金刚石衬底(1)；

13)剥离自支撑氮化镓外延片和转移层；

14)使用刻蚀技术，去除成核层和缓冲层；

15)将n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)及其之上部分整体进行上下翻转；

16)采用传统光学光刻，在n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)上，形成台面隔离图案，再以光刻胶为掩膜，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；

17)采用电子束光刻，在n⁺GaN发射极欧姆接触层(10)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，形成发射极电极(11)，再以金属为掩膜，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集电极欧姆接触层(4)，形成从第一GaN隔离层(5)到发射极电极(11)的圆柱台面；

18)采用传统光学光刻，在n⁺GaN集电极欧姆接触层(4)上形成内圆周距圆柱台面3μm的圆环图形，再以光刻胶为掩膜，采用电子束蒸发方法蒸发Ti/Au金属层，形成集电极电极(13)；

19)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集电极欧姆接触层(4)至发射极电极(11)的表面淀积厚度为50nm-200nm的钝化层(12)；

20)采用传统光学光刻，在钝化层(12)上形成集电极电极通孔图形，再以光刻胶为掩膜，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；

21)采用电子束光刻，在钝化层(12)上形成直径为500nm-3μm的圆形图案，再以光刻胶为掩膜，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；

22)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，再以光刻胶为掩膜，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。