[发明专利]外延GaN的PIN结构β辐照电池及其制备方法

权利要求书

1.一种外延GaN的PIN结构β辐照电池，包括：β放射源和PIN结，该PIN结自下而上依次为，N型欧姆接触电极(5)、N型高掺杂4H-SiC衬底(1)、N型低掺杂SiC外延层(2)、P型高掺杂GaN外延层(3)和P型欧姆接触电极(4)，其特征在于：

所述PIN结中设有n个沟槽(6)，其中n≥2；

所述β放射源(7)放置在沟槽(6)内，以实现对高能β粒子的充分利用。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于β放射源(7)采用原子质量为63的镍，即Ni⁶³。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于β放射源(7)采用原子质量为147的钷，即Pm¹⁴⁷。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于沟槽(6)的深度h满足m+q<h<m+r+q，其中m为P型高掺杂GaN外延层(3)的厚度，r为N型低掺杂SiC外延层(2)的厚度，q为P型欧姆接触电极(4)的厚度。

5.根据权利要求1或2或3所述的电池，其特征在于沟槽(6)的宽度L满足L≦2g，其中，g为β放射源(7)释放的高能β粒子在β放射源中的平均入射深度，对于β放射源为Ni⁶³的，其取值为：g＝6μm，对于β放射源为Pm¹⁴⁷的，其取值为：g＝16μm。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于相邻两个沟槽(6)的间距d满足d≥i，其中，i为β放射源(7)释放的高能β粒子在4H-SiC中的平均入射深度，对于β放射源为Ni⁶³的，其取值为：i＝10μm，对于β放射源为Pm¹⁴⁷的，其取值为：i＝15μm。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于衬底(1)采用掺杂浓度为lx10¹⁸cm^-3的N型4H-SiC，N型低掺杂SiC外延层(2)为氮掺杂浓度为1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3的4H-SiC，P型高掺杂GaN外延层(3)为镁掺杂浓度为1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3的GaN。

8.一种外延GaN的PIN结构β辐照电池的制备方法，包括以下步骤：

1)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；

2)利用化学气相淀积CVD法在清洗后的SiC样片表面外延生长一层氮掺杂浓度为1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3，厚度为5～10μm的N型低掺杂SiC外延层；

3)将生长N型低掺杂SiC外延层后的样品放入化学气相淀积CVD炉中，在H₂氛围下加热到1100℃并保持10min以清洁表面；再向反应室内通入流量分别为52.3μmol·min^-1、0.035mol·min^-1的三甲基铝和NH3，在低掺杂SiC外延层上生长60nm厚的AlN；然后将反应室降温至1050℃，向反应室内通入流量分别为6.5μmol·min^-1、8.93mmol·min^-1、0.18μmol·min^-1的三甲基镓、NH₃和CP₂Mg，完成镁掺杂浓度为1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3，厚度为0.5～1.5μm的P型高掺杂GaN外延层；

4)在P型高掺杂GaN外延层表面利用电子束蒸发法淀积一层厚度为80nm/320nm的金属Ti/Au，作为刻蚀沟槽的掩膜和P型欧姆接触金属；利用电子束蒸发法在SiC衬底未外延的背面淀积厚度为300nm的金属Ni，作为N型接触电极；1100℃下氮气气氛中快速退火3分钟；

5)按照电池沟槽的位置制作成光刻版；在淀积的金属Ti/Au表面旋涂一层光刻胶；利用光刻版对光刻胶进行电子束曝光，形成腐蚀窗口；对腐蚀窗口处的Ti/Au金属层进行腐蚀，露出P型高掺杂GaN外延层，得到P型欧姆接触电极和沟槽腐蚀窗口；

6)利用电感耦合等离子体ICP刻蚀技术，在沟槽刻蚀窗口露出的P型高掺杂GaN外延层上刻出深度为6.5～12μm，宽度为5～14μm，间距为12～25μm的n个沟槽，其中n≥2；

7)采用淀积或涂抹的方法，在沟槽中放置β放射源，得到外延GaN的PIN结构β辐照电池。