一種太赫茲GaN耿氏二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲GaN耿氏二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比較傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料(Si和GaAs)，GaN在頻率和輸出功率方面擁有優(yōu)異的性能，GaN基的耿氏二極管已經(jīng)展現(xiàn)了其在太赫茲領(lǐng)域(I OOGHz?I OTHz)的廣闊應(yīng)用前景。相關(guān)理論研究已經(jīng)預(yù)示了亞微米渡越層的GaN耿氏二極管至少可以產(chǎn)生200GHz的振蕩頻率，并且射頻功率密度至少比其他傳統(tǒng)ΙΠ-V化合物耿氏二極管高2倍。
[0003]傳統(tǒng)的n+/n/n+的耿氏器件結(jié)構(gòu)中，電子必須經(jīng)過較長一段距離才能獲得足夠的能量，這就限制了器件的工作頻率。近年來國際上提出一個(gè)n+/n-/n/n+結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)構(gòu)用以代替原先的n+/n/n+二極管結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)縮短了電子的加速距離，提高了器件的工作頻率。其中靠近陰極發(fā)射區(qū)的η-電子發(fā)射層可以是一個(gè)同質(zhì)的電子發(fā)射層或者是一個(gè)異質(zhì)的電子發(fā)射層，這些結(jié)構(gòu)可以更好地改善發(fā)射區(qū)的空間電荷擾動從而促進(jìn)電子疇的形成以及壯大。
[0004]目前η-電子發(fā)射層研究主要集中在InAlN/GaN以及AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)上，其中用In組分為17%的InAlN三元化合物來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AlGaN，獲得的InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶格匹配，這樣可以避免引入失配位錯(cuò)，從而提高晶體質(zhì)量。并且InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的自發(fā)極化要比傳統(tǒng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)很多，這樣可以在界面處引入更高的二維電子氣(2DEG)密度，因此InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以改善器件性能。然而現(xiàn)有技術(shù)中的InAlN電子發(fā)射層結(jié)構(gòu)都未能很好地解決輸出功率密度低，轉(zhuǎn)化效率低，器件功耗大這些問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可避免出現(xiàn)上述技術(shù)缺陷的太赫茲GaN耿氏二極管及其制作方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種太赫茲GaN耿氏二極管，包括由下往上依次設(shè)置的陰極4、η型GaN襯底7、n+GaN陰極歐姆接觸層1、InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8、n—GaN渡越層9、n+GaN陽極歐姆接觸層2、陽極3，還包括設(shè)置在η型GaN襯底7上并包裹在所述n+GaN陰極歐姆接觸層1、InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8、n—GaN渡越層9、n+GaN陽極歐姆接觸層2、陽極3外部的SiN鈍化層5，所述SiN鈍化層5的上部設(shè)置有露出所述陽極3的開孔6。
[0008]進(jìn)一步地，所述n+GaN陰極歐姆接觸層I的上端形成有圓形的凸臺10，所述凸臺10的高度為100?200nm，直徑為30?40μηιο
[0009]進(jìn)一步地，所述n+GaN陰極歐姆接觸層I的厚度為I?2μπι，摻雜濃度為I?5X
118Cm-3O
[0010]進(jìn)一步地，所述InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8厚度為200?400nm，采用In組份比為17%的InAlN材料制成。
[0011]進(jìn)一步地，所述n—GaN渡越層9的厚度為0.5?Ιμπι;摻雜濃度為0.5?1.5 X 117Cnf3。
[0012]進(jìn)一步地，所述n+GaN陽極歐姆接觸層2的厚度為200?500nm;摻雜濃度為I?5 X1018cm-3。
[0013]本實(shí)用新型提供的太赫茲GaN耿氏二極管，采用了三維結(jié)構(gòu)的InAlN電子發(fā)射層結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)增大了 GaN陰極歐姆接觸層和電子發(fā)射層有效接觸面積，在同等尺寸下顯著提升GaN耿式二極管輸出功率密度，而且在同等性能下顯著提高功率轉(zhuǎn)換效率以及降低器件功耗;采用了 In組份為17%的InAlN材料作為電子發(fā)射層，該材料與GaN晶格匹配，可以消除了三維結(jié)構(gòu)的晶格失配現(xiàn)象，避免失配位錯(cuò)的產(chǎn)生;采用了縱向電極結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)的GaAs耿式二極管封裝工藝完全兼容，非常適合太赫茲組件在射頻諧振腔內(nèi)進(jìn)行安裝以及調(diào)試，可以很好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型提供的太赫茲GaN耿氏二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為太赫茲GaN耿氏二極管的InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層和n+GaN陰極歐姆接觸層相結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型提供的太赫茲GaN耿氏二極管的制作方法工藝流程示意圖；
[0017]圖中，Ι-n+GaN陰極歐姆接觸層，2_n+GaN陽極歐姆接觸層，3_陽極，4_陰極，5_SiN鈍化層，6-開孔，7-n型GaN襯底，8_ΙηΑ1Ν三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層，9_n—GaN渡越層，10-凸臺。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0019]如圖1所示，一種太赫茲GaN耿氏二極管，包括由下往上依次設(shè)置的陰極4、n型GaN襯底7、n+GaN陰極歐姆接觸層1、ΙηΑ1Ν三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8、n—GaN渡越層9、n+GaN陽極歐姆接觸層2、陽極3，還包括設(shè)置在η型GaN襯底7上并包裹在所述n+GaN陰極歐姆接觸層1、InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8、n—GaN渡越層9、n+GaN陽極歐姆接觸層2、陽極3外部的SiN鈍化層5，所述SiN鈍化層5的上部設(shè)置有露出所述陽極3的開孔6。
[0020]η型GaN襯底7作為生長GaN耿氏器件結(jié)構(gòu)層的物理支撐層，不僅與上層的GaN多層結(jié)構(gòu)完美匹配，從而顯著提升結(jié)晶質(zhì)量，而且也起到散熱的作用，從而避免引入自熱效應(yīng)。
[0021]所述n+GaN陰極歐姆接觸層I的上端采用刻蝕技術(shù)形成有圓形的凸臺10，所述凸臺10的高度為100?200nm，直徑為30?40μηιο
[0022]所述n+GaN陰極歐姆接觸層I的厚度為I?2μπι，摻雜濃度為I?5X 118Cnf3。
[0023]所述InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8采用In組份比為17%的InAlN材料制成，厚度為200?400nm。
[0024]所述n—GaN渡越層9的厚度為0.4?Ιμπι，摻雜濃度為0.5?1.5 X 1017cm—3，該摻雜濃度和厚度決定了器件振蕩頻率。
[0025]所述n+GaN陽極歐姆接觸層2的厚度為200?500nm，摻雜濃度為I?5 X 1018cm—3。11+GaN陽極歐姆接觸層2的上面是由Ti/Al/Ni/Au多層金屬構(gòu)成的圓形電極，即二極管的陽極
3。在η型GaN襯底7的底面上是由Ti/Al/Ni/Au多層金屬構(gòu)成的襯底電極，即二極管的陰極4。
[0026]如圖2所示，n+GaN陰極歐姆接觸層I上端的凸臺10嵌入在InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8中，有效接觸面積包括二極管的橫截面和凸臺10的側(cè)壁面積，而傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)GaN耿式二極管有效接觸面積只有二極管的橫截面，因此InAlN三維結(jié)構(gòu)電子發(fā)射層8可以顯著增大GaN耿式二極管的輸出功率密度，而且能在同等性能下顯