法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-01-29
授权
授权
2016-09-07
实质审查的生效 IPC(主分类):H01L29/15 申请日:20160512
实质审查的生效
2016-08-10
公开
公开
技术领域
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子器件技术领域中的一种渐变铟In组分铟镓氮InGaN子量子阱的宽带隙半导体GaN材料的共振隧穿二极管(ResonantTunneling Diode，RTD)。本发明可以作为高频、大功率器件，应用在微波和高速数字电路领域。
背景技术
共振隧穿二极管(RTD)是一种靠量子共振隧穿效应工作的新型纳米器件，具有双稳态、自锁特性和明显的负阻特性。RTD本征电容很小，所以它具有很高的速度和工作频率。相较其他纳米器件，它的发展更快更成熟，已经进入应用阶段。随着器件设计和工艺的不断发展，RTD构成的振荡器频率已达太赫兹范围，成为太赫兹器件源的重要选择。
近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，因其较大的禁带宽度、高热导率、高电子饱和速率等特性，受到人们广泛关注。而基于GaN材料制成的共振隧穿二极管则继承了GaN材料的优点，具有高工作频率、大功率、耐高温等特性。
西安电子科技大学在其专利申请文件“具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法”(公开号CN 104465913 A，申请号201410696211.3，申请日2014.11.26)中公开了一种具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法。该方法是以InAlN/GaN/InAlN结构的共振隧穿二极管为基础，在第一GaN主量子阱层和第二GaN主量子阱层之间插入第一InGaN子量子阱层，在第二InAlN势垒层和第二GaN隔离层之间插入第二InGaN子量子阱层。该方法存在的不足是，由于第二GaN隔离层和第二InGaN子量子阱层之间存在负极化电荷，会发生电子的耗尽，从而减小峰值电流，降低输出功率；同时SiN钝化层的势垒不高，漏电大。
天津大学在其专利申请文件“发射区In组分渐变集电区高In过渡层的RTD”(公开号CN 104733545 A，申请号201510084845.8，申请日2015.02.17)中公开了一种发 射区In组分渐变集电区高In过渡层的RTD。该方法是以AlAs/InGaAs/AlAs结构的共振隧穿二极管为基础，发射区In组分渐变，集电区的In组分很高。该方法存在的不足是，由于AlAs/InGaAs界面处的二维电子气浓度不高，迁移率也不高，工作频率和输出功率都无法满足太赫兹器件的输出要求。
发明内容
本发明目的在于针对GaN材料共振隧穿二极管的峰值电流小、输出功率低的缺点，提出一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管，增大峰值电流，提高器件功率。
为了实现上述目的，本发明的具体思路是：让InGaN子量子阱的In组分从第二GaN隔离层到第二InAlN势垒层等步上升，则InGaN的导带将发生倾斜，则倾斜导带产生的电场可以减少GaN/InGaN界面的负极化电荷，增大峰值电流，提高输出功率。钝化层使用AlN材料，AlN的势垒比SiN要高，可以显著减少漏电，减少器件功耗。
本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管，包括：位于衬底上方的GaN外延层，位于GaN外延层上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方中央位置的第一GaN隔离层，第一InAlN势垒层、GaN主量子阱层、第二InAlN势垒层、第二GaN隔离层、n十GaN发射极欧姆接触层、圆形电极依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一GaN隔离层接触的环形电极；其特征在于：渐变In组分的InGaN子量子阱位于第二InAlN势垒层和第二GaN隔离层之间，InGaN子量子阱的In组分是从第二GaN隔离层到第二InAlN势垒层等步上升的；钝化层使用AlN材料，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方。
本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管工艺，包括如下步骤：
(1)在GaN自支撑衬底上外延GaN层：
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底(1)上外延生长一层GaN层(2)；
(2)生长n十GaN集电极欧姆接触层：
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层(2)上生长n十GaN 集电极欧姆接触层(3)；n十GaN集电极欧姆接触层(3)厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；
(3)生长第一GaN隔离层：
采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层(3)上生长第一GaN隔离层(4)；第一GaN隔离层(4)厚度为2～6nm；
(4)生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构：
(4a)采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层(4)上生长第一InAIN势垒层(5)；第一InAIN势垒层(5)厚度为0.8～1.2nm，In组分为16％～18％；
(4b)采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层(5)上生长GaN主量子阱层(6)；GaN主量子阱层(6)厚度为0.8～1.2nm；
(4c)采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层(6)上生长第二InAIN势垒层(7)；第二InAIN势垒层(7)厚度为0.8～1.2nm，In组分为16％～18％；
(5)生长渐变In组分的InGaN子量子阱：
(5a)采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层(7)上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是3％～5％；
(5b)采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是4％～6％；
(5c)采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是5％～7％；
(6)生长第二GaN隔离层：
采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱(8)上生长第二GaN隔离层(9)；第二GaN隔离层(9)厚度为2～6nm；
(7)生长n十GaN发射极欧姆接触层：
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层(9)上生长n十GaN发射极欧姆接触层(10)，n十GaN发射极欧姆接触层(10)厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3；
(8)形成小圆形台面：
在n十GaN发射极欧姆接触层(10)上光刻形成直径为5～10μm的小圆形掩膜图 形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层(3)，形成小圆形台面；
(9)淀积AlN钝化层：
采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为200～400nm的AlN钝化层(13)，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔；
(10)形成环形电极和圆形电极：
在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极(11)和圆形电极(12)；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
第一，由于本发明中InGaN子量子阱的In组分是从第二GaN隔离层到第二InAlN势垒层等步上升的，InGaN子阱和GaN隔离层之间的负极化电荷减少，克服了现有技术中峰值电流小，输出功率小的缺点，因而使得本发明具有更高的峰值电流，更大的输出功率的优点。
第二，由于本发明使用AlN材料作为钝化层，利用AlN势垒很高的优势，克服了现有技术中漏电大的缺点，因而使得本发明具有更小的漏电电流，更小的器件功耗的优点。
附图说明
图1是本发明二极管的剖面结构图；
图2是本发明二极管的俯视图；
图3是本发明工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参照图1和图2，本发明是一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管，包括：位于衬底1上方的GaN外延层2，位于GaN外延层2上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层3，位于n十GaN集电极欧姆接触层3上方中央位置的第一GaN隔离层4，第一InAlN势垒层5、GaN主量子阱层6、第二InAlN势垒层7、第二GaN隔离 层9、n十GaN发射极欧姆接触层10、圆形电极12依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层4上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层3上方且不与第一GaN隔离层4接触的环形电极11；其特征在于：渐变In组分的InGaN子量子阱8位于第二InAlN势垒层7和第二GaN隔离层9之间，InGaN子量子阱8的In组分是从第二GaN隔离层9到第二InAlN势垒层7等步上升的；钝化层13使用AlN材料，位于n十GaN集电极欧姆接触层3上方。
参照图3，本发明中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管的制作工艺的具体步骤如下。
步骤1：在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
将反应室内升温至生长温度450℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤2：生长n十GaN集电极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n十GaN集电极欧姆接触层；n十GaN集电极欧姆接触层厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤3：生长第一GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层；第一GaN隔离层厚度为2～6nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以n十GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤4：生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构。
采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层上生长第一InAIN势垒层；第一InAIN势垒层厚度为0.8～1.2nm，In组分为16％～18％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层上生长GaN主量子阱层；GaN主量子阱层厚度为0.8～1.2nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以第一InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二InAIN势垒层；第二InAIN势垒层厚度为0.8～1.2nm，In组分为16％～18％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
步骤5：生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是3％～5％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.030～0.053范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是4％～6％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.042～0.064范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是5％～7％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，在0.053～0.075范围内控制铟源、镓源的流量比，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
步骤6：生长第二GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二GaN隔离层；第二GaN隔离层厚度为2～6nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤7：生长n十GaN发射极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n十GaN发射极欧姆接触层。n十GaN发射极欧姆接触层厚度为80～120nm，掺杂浓度为1x1019～1x1020cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤8：形成小圆形台面。
在n十GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为5～10μm的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
步骤9：淀积AlN钝化层。
采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为200～400nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350℃，反应室压力为1托。
采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
步骤10：形成环形电极和圆形电极。
在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极和圆形电极；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
下面通过改变GaN外延层的厚度、n十GaN集电极欧姆接触层的厚度和掺杂浓度、GaN隔离层的厚度、InAIN势垒层的厚度、GaN主量子阱层的厚度、渐变In组分的InGaN子量子阱In组分、n十GaN发射极欧姆接触层的厚度和掺杂浓度、小圆台面的半径、AlN钝化层厚度获得不同性能的二极管的三种实施例，对本发明的制备方法做进一步的描述。
实施例1：制作第一层InGaN子量子阱的In组分为3％，第二层InGaN子量子阱的In组分为4％，第三层InGaN子量子阱的In组分为5％的渐变In组分InGaN子量子阱层。
步骤1：在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
将反应室内升温至生长温度450℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤2：生长n十GaN集电极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n十GaN集电极欧姆接触层；n十GaN集电极欧姆接触层厚度为80nm，掺杂浓度为1x1019cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤3：生长第一GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层，第一GaN隔离层厚度为2nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以n十GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤4：生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构。
采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层上生长第一InAIN势垒层；第一InAIN势垒层厚度为0.8nm，In组分为16％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入 功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层上生长GaN主量子阱层；GaN主量子阱层厚度为0.8nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以第一InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二InAIN势垒层；第二InAIN势垒层厚度为0.8nm，In组分为16％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
步骤5：生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是3％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.030，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是4％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.042，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是5％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
步骤6：生长第二GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二GaN隔离层；第二GaN隔离层厚度为2nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤7：生长n十GaN发射极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n十GaN发射极欧姆接触层。n十GaN发射极欧姆接触层厚度为80nm，掺杂浓度为1x1019cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤8：形成小圆形台面。
在n十GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为5μm的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
步骤9：淀积AlN钝化层。
采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为200nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350℃，反应室压力为1托。
采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
步骤10：形成环形电极和圆形电极。
在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极和圆形电极；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
实施例2：制作第一层InGaN子量子阱的In组分为4％，第二层InGaN子量子阱的In组分为5％，第三层InGaN子量子阱的In组分为6％的渐变In组分InGaN子量子阱层。
步骤A：在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
将反应室内升温至生长温度450℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤B：生长n十GaN集电极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n十GaN集电极欧姆接触层；n十GaN集电极欧姆接触层厚度为100nm，掺杂浓度为5x1019cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤C：生长第一GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层；第一GaN隔离层厚度为4nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以n十GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤D：生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构。
采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层上生长第一InAIN势垒层；第一InAIN势垒层厚度为1nm，In组分为17％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层上生长GaN主量子阱层；GaN主量子阱层厚度为1nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以第一InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二InAIN势垒层；第二InAIN势垒层厚度为1nm，In组分为17％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
步骤E：生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是4％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.042，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是5％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是6％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.064，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
步骤F：生长第二GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二GaN隔离层；第二GaN隔离层厚度为4nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤G：生长n十GaN发射极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n十GaN发射极欧姆接触层。n十GaN发射极欧姆接触层厚度为100nm，掺杂浓度为5x1019cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤H：形成小圆形台面。
在n十GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为7μm的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
步骤I：淀积AlN钝化层。
采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为300nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350℃，反应室压力为1托。
采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入 三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
步骤J：形成环形电极和圆形电极。
在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极和圆形电极；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
实施例3：制作第一层InGaN子量子阱的In组分为5％，第二层InGaN子量子阱的In组分为6％，第三层InGaN子量子阱的In组分为7％的渐变In组分InGaN子量子阱层。
步骤一：在GaN自支撑衬底上外延GaN层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底上外延生长一层GaN层。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源。
抽去反应室内气体，将衬底送入反应室。
将反应室内升温至生长温度450℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤二：生长n十GaN集电极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层上生长n十GaN集电极欧姆接触层；n十GaN集电极欧姆接触层厚度为120nm，掺杂浓度为1x1020cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以GaN外延层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤三：生长第一GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在n十GaN集电极欧姆接触层上生长第一GaN隔离层；第一GaN隔离层厚度为6nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以n十GaN集电极欧姆接触层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤四：生长InAIN/GaN/InAlN双势垒结构。
采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层上生长第一InAIN势垒层；第一InAIN势垒层厚度为1.2nm，In组分为18％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以第一GaN隔离层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一InAIN势垒层上生长GaN主量子阱层；GaN主量子阱层厚度为1.2nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以第一InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层上生长第二InAIN势垒层；第二InAIN势垒层厚度为1.2nm，In组分为18％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、铝和铟分别作为氮源、铝源和铟源。
将以GaN主量子阱层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为900℃和585℃。
氮源、铝源和铟源从喷射炉中喷出，控制氮气流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
由不同源喷射出的分子在衬底上生长出InAlN层。
步骤五：生长渐变In组分的InGaN子量子阱。
采用分子束外延MBE方法，在第二InAIN势垒层上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是5％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二InAIN势垒层为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.053，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是6％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第一层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.064，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量 子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为1nm，In组分范围是7％。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮、镓和铟分别作为氮源、镓源和铟源。
将以第二层InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源和铟源从喷射炉中喷出，控制铟源、镓源的流量比为0.075，氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率均为400W，反射功率均为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出InGaN层。
步骤六：生长第二GaN隔离层。
采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱上生长第二GaN隔离层；第二GaN隔离层厚度为6nm。
分子束外延MBE方法的具体步骤如下。
准备源，以高纯的氮和镓分别作为氮源和镓源。
将以渐变In组分的InGaN子量子阱为表面一层的衬底放入超高真空腔体。
升温铟炉和镓炉至温度分别为585℃和850℃。
氮源、镓源从喷射炉中喷出，控制氮气的流量为1.6mL/min，等离子体输入功率为400W，反射功率为5W。
不同源喷射出的分子流在衬底上生长出GaN层。
步骤七：生长n十GaN发射极欧姆接触层。
采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层上生长n十GaN发射极欧姆接触层。n十GaN发射极欧姆接触层厚度为120nm，掺杂浓度为1x1020cm-3。
金属有机物化学气相淀积MOCVD方法的具体步骤如下。
准备源，以三乙基镓为镓源，高纯氮气为氮源，硅烷气体为n型掺杂源。
抽去反应室内气体，将以第二GaN隔离层为表面一层的衬底送入反应室。
将反应室升温至生长温度1000℃，压力为40托。
温度达到后，将镓源流量调至40mL/min。
采用热分解反应方式，在衬底上进行气相外延，生成GaN层。
步骤八：形成小圆形台面。
在n十GaN发射极欧姆接触层上光刻形成直径为10μm的小圆形掩膜图形，采用 反应离子刻蚀RIE方法，使用BCl3/Cl2刻蚀气体源，刻蚀深度至n十GaN集电极欧姆接触层，形成小圆形台面。
步骤九：淀积AlN钝化层。
采用等离子体增强原子层电极PEALD方法在器件正面淀积厚度为400nm的AlN钝化层，并采用反应离子刻蚀RIE方法，利用CF4气体刻蚀形成开孔。
等离子体增强原子层电极PEALD方法的具体步骤如下。
准备源，以三甲基铝为铝源，NH3等离子体为氮源。
将刻蚀完小圆台面的衬底温度升至350℃，反应室压力为1托。
采用脉冲分时输运方式，将源通入反应室，在12.1s的循环时间内，前0.1s通入三甲基铝，载气为N2，之后8s通入NH3等离子体，载气为Ar，最后4s通入N2来清洁反应室。
三甲基铝和NH3等离子体在刻蚀完小圆台面的衬底上反应生成AlN层。
步骤十：形成环形电极和圆形电极。
在整个器件表面采用真空电子束蒸发设备依次蒸发Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度分别为30nm/120nm/50nm/160nm，经过金属剥离形成环形电极和圆形电极；对整个器件进行快速热退火处理，退火条件为700℃，30秒钟，氮气气氛，形成GaN欧姆接触。
机译： 具有InGaN量子阱的纳米棒阵列结构的超亮发光二极管及其制造方法
机译： 具有InGaN量子阱的纳米棒阵列结构的超亮发光二极管及其制造方法
机译： 具有InGaN量子阱的纳米棒阵列结构的超亮发光二极管及其制造方法
