專利名稱：一種制造pn結(jié)的方法及其pn結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種制造PN結(jié)的方法及其PN結(jié)。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)及相關(guān)的寬禁帶氮化物半導(dǎo)體，如鋁鎵氮(AlGaN)膜，由于具有較高的飽和電子速率和飽和偏壓等優(yōu)良材料特性，在光伏、高功率、高頻、高溫器件等應(yīng)用領(lǐng)域備受關(guān)注。由于氮化鎵及其鋁化合物的禁帶較寬(>3. 4eV)，導(dǎo)致AlGaN薄膜材料中的η型摻雜很難實(shí)現(xiàn)超高載流子濃度。此外，電子氣的遷移率會隨著摻雜濃度的升高而降低，并且隨著溫度的升高，只有通過改變膜層的結(jié)構(gòu)和組分來改善電子氣的穩(wěn)定性。
在寬禁帶半導(dǎo)體(如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)及氧化鋅(ZnO))中實(shí)現(xiàn)高效率空穴摻雜也是限制其在光電器件上應(yīng)用的技術(shù)難題。普通半導(dǎo)體的電導(dǎo)率由摻雜物的濃度決定，然而對寬禁帶半導(dǎo)體而言，空穴的超高熱激活能導(dǎo)致P型雜質(zhì)摻雜的摻雜效率極低，目前氮化鎵中鎂的摻雜效率低至1%以下。過度提高鎂的摻雜濃度不僅會導(dǎo)致材料缺陷增加，而且會使得材料的極性發(fā)生改變。因此不能過度提高M(jìn)g的摻雜量來增加Mg的有效摻雜濃度。隨著鋁組分增加，禁帶寬度增加，摻雜效率進(jìn)一步降低。因此，用現(xiàn)有技術(shù)的上述半導(dǎo)體材料制成PN結(jié)時，PN結(jié)響應(yīng)速率低，受溫度影響大,并且穩(wěn)定性很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種PN結(jié)響應(yīng)速率大幅提高的制造PN結(jié)的方法及其PN結(jié)。本發(fā)明的目的之一是提供一種受溫度影響小、穩(wěn)定性高的制造PN結(jié)的方法及其
PN結(jié)。本發(fā)明實(shí)施例公開的技術(shù)方案包括
一種制造PN結(jié)的方法，其特征在于，包括獲取基底材料；在所述基底材料上形成氮化鎵層；以及第一摻雜步驟在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性變化；第二摻雜步驟在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分按照與所述第一鋁鎵氮中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。進(jìn)一步地，所述第一摻雜步驟包括在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性增加；所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。進(jìn)一步地，所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括將形成了所述氮化鎵層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述氮化鎵層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。進(jìn)一步地，所述氮化鎵層為氮面極化，其中在所述第一摻雜步驟之前還包括在所述氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且使在所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分鋁的含量 相同。進(jìn)一步地，所述第一摻雜步驟包括在所述鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減??；所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。進(jìn)一步地，所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括將形成了所述鋁鎵氮過渡層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中；向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述鋁鎵氮過渡層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。進(jìn)一步地，所述第一鋁鎵氮層為N型摻雜層，所述第二鋁鎵氮層是P型摻雜層。進(jìn)一步地，在所述第一摻雜步驟之前還包括清洗形成了所述氮化鎵層的所述基底材料并且在清洗過程中在所述基底材料上形成氮化鎵膜。本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種PN結(jié)，其特征在于，包括基底材料；氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上；第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述氮化鎵層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性增加；第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種PN結(jié)，其特征在于，包括基底材料；氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上；鋁鎵氮過渡層，所述鋁鎵氮過渡層形成在所述氮化鎵層上，并且所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同；第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述鋁鎵氮過渡層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減??；第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。本發(fā)明的實(shí)施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實(shí)現(xiàn)P型和N型摻雜，并制備成為PN結(jié)。此方法不需要摻雜物，且實(shí)現(xiàn)的PN結(jié)中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復(fù)性好，為提高基于氮化鎵基異質(zhì)結(jié)的器件響應(yīng)速率及器件穩(wěn)定性提供了可能性。


圖I是本發(fā)明一個實(shí)施例的制造PN結(jié)的方法的流程示意 圖2是本發(fā)明另一個實(shí)施例的制造PN結(jié)的方法的流程示意 圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的PN結(jié)的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例的PN結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，一種制造半導(dǎo)體薄膜的方法包括步驟10、步驟12、步驟14和步驟16。 步驟10 :犾取基底材料。本發(fā)明的實(shí)施例中，首先獲取用于制造半導(dǎo)體薄膜的基底材料。本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用任何適合的材料作為基底材料。例如，一個實(shí)施例中，可以使用藍(lán)寶石、金剛石或者準(zhǔn)絕緣塊狀氮化鎵(GaN)材料作為基底材料。步驟12 :在基底材料上形成氮化鎵層。本發(fā)明的實(shí)施例中，在獲得基底材料之后，在基底材料上形成一定厚度的氣化嫁層作為襯底。本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用任何適合的方法在基底材料上形成該氮化鎵層，例如，一個實(shí)施例中，可以使用分子束外延生長方法、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等等。氮化鎵層的厚度可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。例如，一個實(shí)施例中，氮化鎵層的厚度可以為3-7微米，以保證襯底材料的薄膜性。本發(fā)明的實(shí)施例中，該氮化鎵層可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮化鎵層。步驟14 :第一摻雜步驟，在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層。本發(fā)明的實(shí)施例中，在基底材料上形成氮化鎵層后，隨后進(jìn)行第一摻雜步驟，即在該氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層。其中，本發(fā)明的實(shí)施例中，在在該氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層的過程中，使得在被形成的第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近該氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離該氮化鎵層的部分線性變化。例如，通常形成的鋁鎵氮可以表示為AlxGai_xN，這里的“X”即表示鋁鎵氮中鋁的含量，相應(yīng)地“Ι-x”即為鎵的含量。本發(fā)明的實(shí)施例中，即，使在氮化鎵層上形成的第一鋁鎵氮層中，從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分，X的值(即鋁的含量)線性增加或者線性減小。相應(yīng)地，此時，在該第一鋁鎵氮層中，從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分，Ι-x (即鎵的含量)線性減小或者線性增加。本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可以使第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分從零開始線性增加。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和氮化鎵層之間的晶格錯位。本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用任何適合的方法在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，相應(yīng)地在該方法中可以用對應(yīng)的調(diào)節(jié)方式或者控制方式來控制或者改變形成的第一鋁鎵氮層中的鋁的含量。
步驟16 :第二摻雜步驟，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層。本發(fā)明的實(shí)施例中，在步驟14中形成了第一鋁鎵氮層之后，在步驟16中，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層。其中，在該第二鋁鎵氮層中，使該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分按照與前述的第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化的方向相反的方向線性變化，也就是，例如，第二鋁鎵氮層和第一鋁鎵氮層中鋁含量的梯度互為相反數(shù)，即，當(dāng)在步驟14 (第一摻雜步驟)中，第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性增加時，則第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性減小；當(dāng)在步驟14 (第一摻雜步驟)中，第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性減小時，則第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在步驟16中，鋁的含量的變化可以從步驟14結(jié)束的時刻第一鋁鎵氮層中鋁的含量開始變化。即，當(dāng)步驟14結(jié)束時，第一鋁鎵氮層中鋁的含量為X， 則在步驟16中，形成第二鋁鎵氮層時，鋁的含量從X開始變化，即由X開始線性增加或者線性減小。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層之間的晶格錯位。類似地，本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用任何適合的方法在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，相應(yīng)地在該方法中可以用對應(yīng)的調(diào)節(jié)方式或者控制方式來控制或者改變形成的第一鋁鎵氮層中的鋁的含量。例如，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在步驟14和步驟16中，可以使用分子束外延生長的方法在氮化鎵層上生長形成第一鋁鎵氮層并且在第一鋁鎵氮層上生長形成第二鋁鎵氮層，并且第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性增力口，第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。此時，第一摻雜步驟(即步驟14)和第二摻雜步驟(即步驟16)可以包括
將形成了氮化鎵層的基底材料放置于分子束外延生長儀中；
向該分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小。容易理解，當(dāng)向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體后，在分子束外延生長儀中，即可開始在氮化鎵層上生長形成第一鋁鎵氮層。在該生長的過程中，也就是在向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體的過程中，調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源和/或鎵金屬分子束源的溫度，即可控制在該生長過程中使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小，從而使得形成的第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性增加；
當(dāng)生長形成的第一鋁鎵氮層達(dá)到需要的厚度后，使鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使鎵金屬分子束的流量線性增加。此時，與前文所述的生長形成第一鋁鎵氮層類似，將在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層，且第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。本發(fā)明的實(shí)施例中，如前文所述，鋁金屬分子束的流量可以從零開始線性增加。這樣，可以避免第一鋁鎵氮層和氮化鎵層之間的晶格錯位。同樣地，在形成第二鋁鎵氮層時，鋁金屬分子束的流量也可以是從第一鋁鎵氮層形成結(jié)束時刻的鋁金屬分子束的流量開始線性減小，這樣可以避免第二鋁鎵氮層和第一鋁鎵氮層之間的晶格錯位。本發(fā)明的實(shí)施例中，其中鋁金屬分子束的流量和鎂金屬分子束的流量可以按照相同的步長變化。本發(fā)明的實(shí)施例中，前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層的厚度可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。例如，一個實(shí)施例中，該鋁鎵氮層的厚度可以是50-150納米。前述實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝讳X鎵氮層或者第二鋁鎵氮層為P型摻雜層時，也可以在形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時進(jìn)行鎂摻雜，形成鎂摻雜的第一鋁鎵氮層或者鎂摻雜的第二鋁鎵氮層。也就是說，第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層可以是鎂摻雜的鋁鎵氮層。進(jìn)行鎂摻雜的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生長方法時，在生長形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時向分子束外延生長儀中通入預(yù)定流量的鎂金屬分子束?！?br> 例如，本發(fā)明一個實(shí)施例中，在藍(lán)寶石基底材料上形成鎵面氮化鎵層，清洗后放置于分子束外延生長儀中，然后調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，使鎵金屬分子束流量的比重由I線性減小，鋁金屬分子束流量按相同步長由O線性增加，即形成第一鋁鎵氮層，此第一鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為N型摻雜；然后調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，并打開鎂金屬分子束源，使鎵金屬分子束流量的比重線性增加至1，鋁金屬分子束流量按相同步長線性減小至0，鎂金屬分子束流量保持不變，這樣，形成鎂摻雜的第二鋁鎵氮層，此層(例如，100納米厚)為P型摻雜。這樣，即制成了 PN結(jié)。本發(fā)明的實(shí)施例中，在步驟12中在基底材料上形成的氮化鎵層襯底可能有兩種極性一種極性是金屬鎵極性(即鎵面氮化鎵)，此時，可以如前文所述的一樣在該氮化鎵層上形成前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層；一種極性是氮極性(即氮面氮化鎵)，此時，在該氮化鎵層上形成前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮之前，可以先在該氮化鎵層上形成一層另外的鋁鎵氮過渡層，其中，使在該鋁鎵氮過渡層中鋁的含量是一個定值，即，在鋁鎵氮過渡層中從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分鋁的含量相同，為一個定值。本發(fā)明的實(shí)施例中，這個定值可以根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)定。例如，如圖2所示，本發(fā)明另一個實(shí)施例中，在前述的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在步驟12中在基底材料上形成氮化鎵層之后，還包括步驟120，在步驟120中，在氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且該鋁鎵氮過渡層中鋁的含量是不變的，為一個定值。例如，一個實(shí)施例中，可以在氮化鎵層上用分子束外延法生長鋁鎵氮過渡層，該鋁鎵氮過渡層的厚度可以為O. 5-1. 5微米。在分子束外延生長過程中，通過調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源的溫度和鎵金屬分子束源的溫度，使得鋁分子束流量的比重為O. 3，鎵分子束流量的比重為O. 7，這樣，使得形成的鋁鎵氮(AlxGahN)過渡層中的x為O. 3。容易理解，這里的x也可以為其它任何適合的值。隨后，在步驟14 (即第一摻雜步驟)中，在鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離鋁鎵氮過渡層的部分線性減小;
然后，在步驟16 (即第二摻雜步驟)中，在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。與前述的實(shí)施例類似，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，也可以使用分子束外延生長的方法在鋁鎵氮過渡層上生長形成第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層。此時，第一摻雜步驟(即步驟14)和第二摻雜步驟(即步驟16)可以包括
將形成了鋁鎵氮過渡層的基底材料放置于分子束外延生長儀中；
向分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在鋁鎵氮過渡層上形成第一招鎵氮層；
在第一鋁鎵氮層生長達(dá)到所需要的厚度之后，使鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在第一鋁鎵氮上形成第二鋁鎵氮層。這樣，即可獲得前述的第一鋁鎵氮層和第二鋁鎵氮層。類似地，前述實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝讳X鎵氮層或者第二鋁鎵氮層為P型摻雜層時，也可以在形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時進(jìn)行鎂摻雜，形成鎂摻雜的第一鋁鎵氮層或者 鎂摻雜的第二鋁鎵氮層。進(jìn)行鎂摻雜的方法可以使用常用的方法，例如，在使用分子束外延生長方法時，在生長形成第一鋁鎵氮層或者第二鋁鎵氮層時向分子束外延生長儀中通入預(yù)定流量的鎂金屬分子束。例如，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，將前述的形成了鋁鎵氮過渡層的基底材料放置于分子束外延生長儀中，然后調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，使鎵金屬分子束流量的比重由O. 7線性增加，鋁金屬分子束流量按相同步長由O. 3線性減小，從而形成第一鋁鎵氮層，第一鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為N型摻雜；然后調(diào)節(jié)鋁金屬分子束源和鎵金屬分子束源的溫度，并打開鎂金屬分子束源，使鎵金屬分子束流量的比重線性減小，鋁金屬分子束流量按相同步長線性增加，鎂金屬分子束流量保持不變，這樣，即形成第二鋁鎵氮層，此第二鋁鎵氮層(例如，100納米厚)為P型摻雜。這樣，即完成了 PN結(jié)的制備。本發(fā)明的前述的實(shí)施例中，在在基底材料上形成氮化鎵層之后，在摻雜步驟之前，還可以包括清洗步驟，對形成在基底材料上的氮化鎵層襯底進(jìn)行清洗。一個實(shí)施例中，該清洗步驟可以包括
依次在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗生成了氮化鎵層的基底材料；
在300°C真空腔中放置30分鐘，將該生成了氮化鎵層的基底材料烘干；
在80(TC下烘烤該生成了氮化鎵層的基底材料30分鐘，做熱清洗；
在該生成了氮化鎵層的基底材料上生長100納米的氮化鎵膜，以覆蓋其上的殘留物。隨后，該清洗后的生成了氮化鎵層的基底材料即可被用于后續(xù)的步驟120或者步驟14的處理。因此，相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例中還揭露了一種PN結(jié)，該P(yáng)N結(jié)包括
基底材料；
氮化鎵層，該氮化鎵層形成在基底材料上；
第一鋁鎵氮層，該第一鋁鎵氮層形成在氮化鎵層上，并且該第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性增加；
第二鋁鎵氮層，該第二鋁鎵氮層形成在第一鋁鎵氮層上，并且該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性減小。例如，如圖3所示，本發(fā)明一個實(shí)施例中，按照前述方法制造的PN結(jié)包括基底材料
I、氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4。其中，氮化鎵層2形成在基底材料I上，第一鋁鎵氮層3形成在氮化鎵層2上，第二鋁鎵氮層4形成在第一鋁鎵氮層3上。本實(shí)施例中，第一鋁鎵氮層3中鋁的含量從靠近氮化鎵層2的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層2的部分線性增加，而第二鋁鎵氮層4中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層3的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層3的部分線性減小。本實(shí)施例中，如前文所述，基底材料I可以是藍(lán)寶石、金剛石或者準(zhǔn)絕緣塊狀氮化鎵材料。本實(shí)施例中，如前文所述，氮化鎵層2可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮
化鎵層。當(dāng)?shù)墝?是鎵面的氮化鎵層時，由于該氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收空穴，從而形成P型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之 間即形成了 PN結(jié)，其中第一鋁鎵氮層3是N型，第二鋁鎵氮層4是P型。而當(dāng)?shù)墝?是氮面的氮化鎵層時，類似地，由于該氮化鎵層2、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收空穴，從而形成P型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結(jié)，其中第一鋁鎵氮層3是P型，第二鋁鎵氮層4是N型。相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例中還揭露了一種PN結(jié)，該P(yáng)N結(jié)包括
基底材料；
氮化鎵層，該氮化鎵層形成在基底材料上；
鋁鎵氮過渡層，該鋁鎵氮過渡層形成在氮化鎵層上，并且該鋁鎵氮過渡層中從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分鋁的含量相同；
第一鋁鎵氮層，該第一鋁鎵氮層形成在鋁鎵氮過渡層上，并且第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離鋁鎵氮過渡層的部分線性減小；
第二鋁鎵氮層，該第二鋁鎵氮層形成在第一鋁鎵氮層上，并且該第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分線性增加。例如，如圖4所示，本發(fā)明一個實(shí)施例中，按照前述方法制造的PN結(jié)包括基底材料
I、氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4。其中，氮化鎵層2形成在基底材料I上，鋁鎵氮過渡層5形成在氮化鎵層2上，第一鋁鎵氮層3形成在鋁鎵氮過渡層5上，第二鋁鎵氮層4形成在第一鋁鎵氮層3上。本實(shí)施例中，鋁鎵氮過渡層5中從靠近氮化鎵層2的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層2的部分鋁的含量相同，即鋁鎵氮過渡層5中各部分鋁的含量是相同的。第一鋁鎵氮層3中鋁的含量從靠近鋁鎵氮過渡層5的部分到遠(yuǎn)離鋁鎵氮過渡層5的部分線性減小，而第二鋁鎵氮層4中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層3的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層3的部分線性增加。本實(shí)施例中，如前文所述，基底材料I可以是藍(lán)寶石、金剛石或者準(zhǔn)絕緣塊狀氮化鎵材料。本實(shí)施例中，如前文所述，氮化鎵層2可以是氮面的氮化鎵層，也可以是鎵面的氮
化鎵層。當(dāng)?shù)墝?是鎵面的氮化鎵層時，由于該氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收空穴，從而形成P型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結(jié)，其中第一鋁鎵氮層3是P型，第二鋁鎵氮層4是N型。而當(dāng)?shù)墝?是氮面的氮化鎵層時，類似地，由于該氮化鎵層2、鋁鎵氮過渡層5、第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間的極化作用，使得第一鋁鎵氮層3吸收自由電子，從而形成N型摻雜層，而第二鋁鎵氮層4吸收空穴，從而形成P型摻雜層，這樣，第一鋁鎵氮層3和第二鋁鎵氮層4之間即形成了 PN結(jié)，其中第一鋁鎵氮層3是N型，第二鋁鎵氮層4是P型。本發(fā)明的實(shí)施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實(shí)現(xiàn)P型和N型摻雜，并制備成為PN結(jié)。此方法不需要摻雜物，且實(shí)現(xiàn)的PN結(jié)中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復(fù)性好，為提高基于氮化鎵基異質(zhì)結(jié)的器件響應(yīng)速率及器件穩(wěn)定性提供了可能性。以上通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換 只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個實(shí)施例”表示不同的實(shí)施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1.一種制造PN結(jié)的方法，其特征在于，包括 獲取基底材料； 在所述基底材料上形成氮化鎵層；以及 第一摻雜步驟在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性變化； 第二摻雜步驟在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分按照與所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 所述第一摻雜步驟包括在所述氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性增加； 所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括 將形成了所述氮化鎵層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中； 向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述氮化鎵層上形成所述第一鋁鎵氮層； 使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述氮化鎵層為氮極性，其中在所述第一摻雜步驟之前還包括 在所述氮化鎵層上形成鋁鎵氮過渡層，并且使在所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于 所述第一摻雜步驟包括在所述鋁鎵氮過渡層上形成第一鋁鎵氮層并使所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小; 所述第二摻雜步驟包括在所述第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層并使所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一摻雜步驟和所述第二摻雜步驟包括 將形成了所述鋁鎵氮過渡層的所述基底材料放置于分子束外延生長儀中； 向所述分子束外延生長儀中通入鋁金屬分子束、鎵金屬分子束和氮等離子體，并使所述鋁金屬分子束的流量線性減小和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性增加，從而在所述鋁鎵氮過渡層上形成所述第一鋁鎵氮層；使所述鋁金屬分子束的流量線性增加和/或使所述鎵金屬分子束的流量線性減小，從而在所述第一鋁鎵氮上形成所述第二鋁鎵氮層。
7.如權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第一鋁鎵氮層是N型摻雜層，所述第二鋁鎵氮層是P型摻雜層。
8.如權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述第一摻雜步驟之前還包括清洗形成了所述氮化鎵層的所述基底材料并且在清洗過程中在所述基底材料上形成氮化鎵膜。
9.一種PN結(jié)，其特征在于，包括 基底材料； 氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上； 第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述氮化鎵層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分線性增加； 第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性減小。
10.一種PN結(jié)，其特征在于，包括 基底材料； 氮化鎵層，所述氮化鎵層形成在所述基底材料上； 鋁鎵氮過渡層，所述鋁鎵氮過渡層形成在所述氮化鎵層上，并且所述鋁鎵氮過渡層中從靠近所述氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離所述氮化鎵層的部分鋁的含量相同； 第一鋁鎵氮層，所述第一鋁鎵氮層形成在所述鋁鎵氮過渡層上，并且所述第一鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述鋁鎵氮過渡層的部分到遠(yuǎn)離所述鋁鎵氮過渡層的部分線性減小; 第二鋁鎵氮層，所述第二鋁鎵氮層形成在所述第一鋁鎵氮層上，并且所述第二鋁鎵氮層中鋁的含量從靠近所述第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離所述第一鋁鎵氮層的部分線性增加。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種制造PN結(jié)的方法，包括獲取基底材料；在基底材料上形成氮化鎵層；在氮化鎵層上形成第一鋁鎵氮層，其中鋁的含量從靠近氮化鎵層的部分到遠(yuǎn)離氮化鎵層的部分線性變化；在第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層，其中鋁的含量從靠近第一鋁鎵氮層的部分到遠(yuǎn)離第一鋁鎵氮層的部分按照與第一鋁鎵氮層中鋁的含量線性變化方向相反的方向線性變化。本發(fā)明的實(shí)施例中，在氮化鎵襯底上通過形成鋁含量線性漸變的鋁鎵氮層，實(shí)現(xiàn)P型和N型摻雜，并制備成為PN結(jié)。不需要摻雜物，且實(shí)現(xiàn)的PN結(jié)中載流子濃度不受溫度影響，制備工藝操作可控，簡單易行，可重復(fù)性好。
文檔編號H01L21/20GK102881568SQ20121035596
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者李世彬, 肖戰(zhàn)菲, 吳志明, 蔣亞東 申請人:電子科技大學(xué)