[发明专利]一种制造PN结的方法及其PN结

说明书

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。