專利名稱：一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波器件中二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管及其制作方法。
背景技術(shù)：
肖特基勢壘二極管是微波倍頻電路中的常用非線性器件，由于肖特基勢壘二極管制備過程簡單，結(jié)構(gòu)靈活，所以多用于毫米波、亞毫米波范圍內(nèi)的倍頻電路上，其工作頻率高、輸出功率高。傳統(tǒng)的肖特基勢壘二極管，在N型層采用均勻摻雜。這種摻雜的肖特基變?nèi)莨茏內(nèi)荼刃?，非線性弱，嚴重限制了毫米波，亞毫米波范圍內(nèi)倍頻電路的工作頻率和輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管及其制作方法，以在不改變肖特基二極管結(jié)構(gòu)的前提下改變N型層摻雜濃度，提高GaAs肖特基變?nèi)荻O管變?nèi)荼?，增強非線性，提高毫米波，亞毫米波范圍內(nèi)倍頻電路的工作頻率和輸出功率。( 二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，包括用于支撐整個GaAs肖特基變?nèi)荻O管的半導體絕緣GaAs襯底；在半導體絕緣GaAs襯底上外延生長的重摻雜的N+層；在N+層上繼續(xù)外延生長的指數(shù)摻雜的N型層；經(jīng)過挖島，隔離兩個工藝步驟，在N型層、N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在N型層上蒸發(fā)金屬形成的肖特基接觸的上電極；以及在N+層上蒸發(fā)金屬形成的歐姆接觸的下電極。上述方案中，所述在指數(shù)摻雜的N型層上形成的上電極，采用的金屬為Al/Ti/Au。上述方案中，所述N型層的指數(shù)摻雜為摻雜濃度N = NQ*eXp(-X/dQ)，其中N。= 2el7,d0 = 225nm，x為與材料上表面的距離；可見N+層的上表面處是高摻雜的，N型層與N+ 層交界處為低摻雜的；從表面到半導體體內(nèi)摻雜濃度滿足這個指數(shù)分布。上述方案中，所述在N+層上形成的下電極，采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種GaAs肖特基變?nèi)荻O管的制作方法，該方法包括A、在半導體絕緣GaAs襯底上外延生長高摻雜的N+層；B、在N+層上生長指數(shù)摻雜的N型層；C、采用濕法刻蝕減小N型層的面積，形成N型層和N+層的臺面結(jié)構(gòu)；D、在N+層和N型層上分別蒸發(fā)金屬，形成歐姆接觸和肖特基接觸；
E、采用濕法刻蝕減小N+層的面積，形成N+層和絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)。上述方案中，該方法進一步包括在整個二極管器件表面淀積氮化硅，采用干法刻蝕淀積的氮化硅打開弓I線窗口。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，N型層采用指數(shù)摻雜。 這種結(jié)構(gòu)的變?nèi)荻O管變?nèi)荼雀?，非線性強，有利于毫米波倍頻電路輸出功率的提高。2、本發(fā)明提供的這種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，N型層與N+層形成臺面結(jié)構(gòu)，N+層上蒸發(fā)金屬形成下電極，N型層上蒸發(fā)金屬形成上電極。上、下電極從同一側(cè)引出，這種結(jié)構(gòu)靈活，易于應(yīng)用在倍頻電路中，且不需要大體積的載體器件。3、本發(fā)明提供的這種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，制作簡便，有更好的高頻特性。


圖1為本發(fā)明選用的N型層的指數(shù)摻雜的摻雜濃度與距離表面深度的變化曲線；圖2為本發(fā)明提供的指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管C-V仿真曲線；圖3為本發(fā)明提供的指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管I_V仿真曲線；圖4為本發(fā)明提供的指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的截面圖；圖5為本發(fā)明提供的指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的俯視圖；圖6為本發(fā)明提供的制作GaAs肖特基變?nèi)荻O管的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的截面圖。所述截面圖是沿GaAs肖特基變?nèi)荻O管下電極兩端的垂直于襯底的截面圖。該GaAs肖特基二極管包括用于支撐整個GaAs肖特基變?nèi)荻O管的半導體絕緣GaAs襯底；在半導體絕緣襯底上外延生長的高摻雜N+層，在N+層上繼續(xù)外延生長的指數(shù)摻雜的N型層。經(jīng)過挖島，隔離兩個工藝步驟，N型層、N+層形成的臺面結(jié)構(gòu)；在N型層上蒸發(fā)金屬形成肖特基接觸的上電極；在N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。如圖5所示，圖5為本發(fā)明提供的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的俯視圖。結(jié)合圖4和圖5可知，本發(fā)明提供的這種二極管是一種臺面結(jié)構(gòu)，上、下電極從同一側(cè)被引線引出。這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在電路中具有很大的靈活性，便于單片集成，節(jié)約成本。基于圖4和圖5所示的GaAs肖特基變?nèi)荻O管示意圖，圖6示出了本發(fā)明提供的制作GaAs肖特基變?nèi)荻O管的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1、在半絕緣襯底上通過分子束外延的方法生長高摻雜N+層，所摻元素為Si 等IVA族元素，摻雜濃度為1018/cm3量級。
步驟2、在N+層上通過分子束外延的方法生長指數(shù)摻雜的N型層，摻雜元素為Si 等IVA族元素，摻雜濃度滿足指數(shù)分布，表面處為濃度最大值，可以為IO1Vcm3量級，N型層與N+層界面處達到最低值可以為1016/cm3。步驟3、采用濕法刻蝕減小N型層的面積，形成N型層和N+層的臺面結(jié)構(gòu)；步驟4、在N+層和N型層上分別蒸發(fā)形成歐姆接觸和肖特基接觸。步驟5、采用濕法刻蝕減小N+層的面積，形成N+層和絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)。步驟6、在整個二極管器件表面淀積氮化硅，采用干法刻蝕淀積的氮化硅打開引線窗口。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，其特征在于，包括用于支撐整個GaAs肖特基變?nèi)荻O管的半導體絕緣GaAs襯底；在半導體絕緣GaAs襯底上外延生長的重摻雜的N+層；在N+層上繼續(xù)外延生長的指數(shù)摻雜的N型層；經(jīng)過挖島，隔離兩個工藝步驟，在N型層、N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在N型層上蒸發(fā)金屬形成的肖特基接觸的上電極；以及在N+層上蒸發(fā)金屬形成的歐姆接觸的下電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，其特征在于，所述在指數(shù)摻雜的N 型層上形成的上電極，采用的金屬為Al/Ti/Au。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，其特征在于，所述N型層的指數(shù)摻雜為摻雜濃度N = N0*eXp(-X/d。)，其中N0 = 2el7, d0 = 225nm, χ為與材料上表面的距離； N+層的上表面處是高摻雜的，N型層與N+層交界處為低摻雜的，從表面到半導體體內(nèi)摻雜濃度滿足這個指數(shù)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，其特征在于，所述在N+層上形成的下電極，采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。
5.一種GaAs肖特基變?nèi)荻O管的制作方法，其特征在于，該方法包括A、在半導體絕緣GaAs襯底上外延生長高摻雜的N+層；B、在N+層上生長指數(shù)摻雜的N型層；C、采用濕法刻蝕減小N型層的面積，形成N型層和N+層的臺面結(jié)構(gòu)；D、在N+層和N型層上分別蒸發(fā)金屬，形成歐姆接觸和肖特基接觸；E、采用濕法刻蝕減小N+層的面積，形成N+層和絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的制作方法，其特征在于，該方法進一步包括在整個二極管器件表面淀積氮化硅，采用干法刻蝕淀積的氮化硅打開引線窗口。
全文摘要
本發(fā)明涉及到微波技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管，該二極管包括半導體絕緣GaAs襯底；在半導體絕緣GaAs襯底上外延生長的重摻雜的N+層；在N+層上外延生長的摻雜濃度呈指數(shù)分布的N型層；在指數(shù)摻雜的N型層上蒸發(fā)肖特基接觸的上電極；在N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。本發(fā)明同時公開了一種指數(shù)摻雜的GaAs肖特基變?nèi)荻O管的制作方法。利用本發(fā)明可以在不改變傳統(tǒng)肖特基二極管結(jié)構(gòu)的前提下改變N型層摻雜濃度，提高GaAs肖特基變?nèi)荻O管變?nèi)荼?，增強非線性，可用于周期性的非線性傳輸線中，從而提高毫米波，亞毫米波范圍內(nèi)倍頻電路的工作頻率和輸出功率。
文檔編號H01L29/36GK102201455SQ20101013208
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者張海英, 楊浩, 田超, 董軍榮, 黃杰 申請人:中國科學院微電子研究所