基于超晶格的PIN二极管及其制备方法技术

技术编号:33534166 阅读:20 留言:0更新日期:2022-05-19 02:11
本发明专利技术公开了一种基于超晶格的PIN二极管,主要解决现有GaN PIN二极管难以形成高有效掺杂P区及低载流子浓度本征区导致性能低的问题。其自下而上包括衬底(1)、N

【技术实现步骤摘要】
基于超晶格的PIN二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子器件
,具体涉及一种PIN二极管器件,可用于LED、微波功率及电力电子电路。
技术背景
[0002]第三代半导体由于具备禁带宽度大、击穿场强高、载流子迁移率高这些显著特点,使得用第三代半导体材料氮化镓制备的LED器件、微波器件、电力电子器件产生了巨大的优势。当前PIN采用Si或GaAs材料,受限于其材料特性,工作频率、耐受功率、响应时间达到极限而难以进行大功率PIN二极管研究。使得研究大功率GaN PIN微波二极管技术是突破当前限幅技术瓶颈的重要方向。目前绝大多数GaN PIN二极管器件其P型区域采用高掺杂的GaN层,掺杂材料主要选Mg、Zn,结构如图1所示。其沿外延生长方向依次是缓冲层、N

型重掺杂层、N

型本征层及P

型重掺杂层。该结构由于GaN材料在生长中容易产生N空位而呈现施主特性,所以对于生长出来的未掺杂GaN材料也表现为N型状态,因而不利于低载流子浓度的本征区形成。同时,采用Mg等作为受主杂质虽然可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超晶格的PIN二极管,自下而上包括衬底(1)、N

型层(2)、本征层(3)及P

型层(4),其特征在于:所述N

型层(2),采用由GaN层(21)和Al
x
Ga1‑
x
N层(22)周期交替排列,且GaN层厚度为5nm~60nm,Al
x
Ga1‑
x
N层厚度为5nm~40nm的N

型多沟道结构,0<x<1;所述的本征层(3),采用渐变Al组分的Al
x
Ga1‑
x
N层,0<x<1或轻掺杂的GaN层,厚度为10nm~100μm;所述的P

型层(4),采用由Al
x
Ga1‑
x
N层(41)和GaN层(42)周期交替排列,且厚度均为1nm~20nm的超晶格结构,0<x<1。2.根据权利要求1所述的二极管,其特征在于,周期交替排列的Al
x
Ga1‑
x
N层和GaN层,其重复周期次数根据P

型超晶格或N

型多沟道所需的厚度或所需数量的层设定。3.根据权利要求1所述的二极管,其特征在于:所述N

型多沟道采用调制掺杂,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3;所述P

型超晶格采用调制掺杂,掺杂至空穴浓度为1
×
10
17
~1
×
10
21
cm
‑3;所述本征层掺杂浓度为1
×
10
14
~1
×
10
17
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的二极管,其特征在于,衬底(1)采用Si基板或SiC基板或蓝宝石基板。5.一种PIN二极管,自下而上包括衬底(1)、N

型层(2)、本征层(3)及P

型层(4),N

型层(2)采用重掺杂的GaN,其特征在于:所述的P

型层(4),采用由Al
x
Ga1‑
x
N层(51)和GaN层(52)周期交替排列,重复周期次数根据P

型超晶格所需的厚度或所需数量的层设定,且厚度均为1nm~20nm的超晶格结构,0<x<1,掺杂至空穴浓度为1
×
10
17
~1
×
10
21
cm
‑3。所述的本征层(3),采用渐变Al组分的Al
x
Ga1‑
x
N层,0<x<1,或轻掺杂的GaN层,厚度为10nm~100μm,掺杂浓度为1
×
10
14
~1
×
10
17
cm
‑3。6.根据权利要求5所述的二极管,其特征在于:所述N

型层采用的重掺杂的GaN层,其厚度为10nm~10μm,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3。7.一种制备权利1二极管的方法,其特征在于,包括:1)采用MOCVD方法在衬底表面制作N

型多沟道:1a)在衬底上外延生长一层厚度为5nm~60nm,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3的GaN层;1b).在GaN层上外延生长一层厚度为5nm~40nm,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3的Al
x
Ga1‑
x
N层(0<x<1);1c).在Al
x
Ga1‑
x
N层上外延生长一层厚度为5nm~60nm,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3的GaN层;1d).在生长的GaN层上外延生长一层厚度为5nm~40nm,掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
20
cm
‑3的Al
x
Ga1‑
x
N层;1f)重复1c)和1d),直到达到所需厚度或设定的多沟道层数;2)采用MOCVD方法在N

型多沟道上外延生长一层...

【专利技术属性】
技术研发人员:张进成刘蕙宁张燕妮党魁周弘宁静郝跃
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:

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