技术特征：
1.一种氮极性面氮化镓共振隧穿二极管，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，该圆柱台面外部包裹有钝化层(12)，其特征在于：所述衬底(1)采用金刚石材料；所述n
+
gan集电极欧姆接触层(4)与衬底(1)与之间设有gan支撑层(3)和sin过渡层(2)，用于支撑共振隧穿二极管的n
+
gan集电极欧姆接触层和淀积衬底。2.如权利要求1所述的共振隧穿二极管，其特征在于：所述sin过渡层(2)，其厚度为50nm
‑
200nm；所述gan支撑层(3)，其厚度为4μm
‑
10μm；所述衬底(1)，其厚度为40μm
‑
60μm。3.如权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述的n
+
gan集电极欧姆接触层(4)和n
+
gan发射极欧姆接触层(10)，其掺杂浓度为5
×
10
19
cm
‑3‑1×
10
20
cm
‑3，厚度为100nm
‑
300nm；所述的第一gan隔离层(5)和第二gan隔离层(9)，其厚度为4nm
‑
8nm；所述的第一势垒层(6)和第二势垒层(8)，采用aln、algan、inaln中的任意一种，其厚度为1nm
‑
3nm；所述的gan量子阱层(7)，其厚度为1nm
‑
3nm；所述的钝化层(12)采用sin材料、al2o3材料、hfo2材料中的任意一种材料。4.一种氮极性面氮化镓共振隧穿二极管，其特征在于，包括如下：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
×
10
19
cm
‑3‑1×
10
20
cm
‑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
×
10
19
cm
‑3‑1×
10
20
cm
‑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。5.如权利要求4所述，其特征在于：所述2)中的金属有机物化学气相淀积，其工艺条件是：温度为1150℃
‑
1200℃，压强为40torr，氨气流量为2000sccm，铝源流量为20sccm，镓源流量为90sccm
‑
120sccm，氢气流量为3000sccm；所述10)中的金属有机物化学气相淀积工艺条件，其温度为1100℃
‑
1200℃，压强为40torr，氨气流量为2000sccm，镓源流量为90sccm
‑
150sccm，氢气流量为3000sccm。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述12)中的微波等离子体化学气相淀积，其工艺条件是：温度为900℃
‑
1000℃，甲烷流量为40ml/min
‑
60ml/min，压强为160torr
‑
190torr，微波功率为3.5kw
‑
4.5kw，氮气流量为70μl/min
‑
90μl/min，氢气流量为550ml/min
‑
650ml/min。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述3)和9)中的分子束外延方法工艺条件相同，即温度为650℃
‑
720℃，镓束流平衡蒸气压为7.5
×
10
‑7torr
‑
8.5
×
10
‑7torr，硅束流平衡蒸气压为3.0
×
10
‑8torr
‑
3.5
×
10
‑8torr，氮气流量为2.3sccm，氮等离子体射频源功率为375w；
所述4)、6)和8)中的分子束外延方法工艺条件相同，即温度为650℃
‑
720℃，氮气流量为2.3sccm，镓束流平衡蒸气压为7.5
×
10
‑7torr
‑
8.5
×
10
‑7torr，氮等离子体射频源功率为375w；所述5)和7)中的分子束外延方法工艺条件相同，即温度为650℃
‑
720℃，氮气流量为2.3sccm，铝束流平衡蒸气压为2.3
×
10
‑7torr
‑
2.8
×
10
‑7torr，镓束流平衡蒸气压为7.5
×
10
‑7torr，铟束流平衡蒸气压为1.6
×
10
‑7torr，氮等离子体射频源功率为375w。8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述16)中的传统光学光刻方法，其工艺条件是：采用az5214光刻胶，先在转速为500rad/min，加速度为1000rad
2/
min下旋涂3s，再在转速为4000rad/min，加速度为2000rad2/min下旋涂30s，烘胶时间为90s，温度为95℃；显影液采用rzx
‑
3038，显影时间为45s。所述17)中采用的电子束光刻方法，其工艺条件是：采用pmma a4光刻胶，烘胶时间为90s，温度为180℃，电子剂量比为750，光刻圆形图案直径为1μm
‑
4μm，显影剂为3：1的四甲基二戊酮与异丙醇，时间为120s，定影剂为异丙醇，时间为30s。9.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述19)中采用的等离子体增强化学气相淀积方法，其工艺条件是：压强为2200mtorr，温度为350℃，sih4流量为13.5sccm，nh3流量为10sccm，n2流量为1000sccm，时间为30s
‑
120s。10.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述16)中的感应耦合等离子体刻蚀方法，其工艺条件是：cl2气流量为10sccm，bcl3气流量25sccm，刻蚀时间为300s
‑
420s。
技术总结
本发明公开了一种氮极性面氮化镓共振隧穿二极管及其制作方法，主要解决现有氮极性面氮化镓共振隧穿二极管材料生长极性控制难度大、位错密度高，器件自热效应及微分负阻效应稳定性和重复性退化问题。其自下而上包括金刚石衬底、SiN过渡层、GaN支撑层、n
技术研发人员：薛军帅 李祖懋 吴冠霖 姚佳佳 孙志鹏 杨雪妍 张赫朋 刘芳 张进成 郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2021.06.11
技术公布日：2021/9/16