[发明专利]增强型线性梯度掺杂的GaAs平面耿氏二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波器件中二极管技术领域，尤其涉及一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管及其制作方法。

背景技术

以耿氏二极管等非线性器件为核心的振荡器常用作高频本振源。耿氏二极管是毫米波段振荡器的有源非线性器件，由于高质量半导体材料的制造、加工工艺和装配等技术的不断发展，使得器件表现出卓越的性能。同时耿氏二极管制备过程简单，结构灵活，所以它们不仅作为各类接收机混频器的本振源，而且在雷达、通信、空间技术等方面可以作为中小功率的信号源，是目前应用最广泛的半导体振荡器。

传统的耿氏二极管，材料结构中不包含N^-层，而且在N型层上采用均匀掺杂，主体结构为两端垂直结构。这种掺杂结构的双端Gunn二极管，在毫米波、亚毫米波频率范围内，N型有源区的有效长度减小，射频输出功率和转换效率减弱；这种掺杂结构的Gunn二极管不能利用直流电压直接对输出振荡频率调谐；双端Gunn二极管不利于实现单片集成，导致系统中需要大量的器件载体、外接偏置电路和金属波导等体积较大的组件。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，在线性梯度掺杂的N型层上外延生长N^-型层，有源区的掺杂由传统的均匀掺杂变为线性梯度掺杂，保证N型有源区的有效长度不变，增强直流电压直接对输出振荡频率调谐的能力，增强直流到射频信号的转换效率；器件结构由垂直双端结构变为平面结构，减少系统中大量的器件载体、外接偏置电路和金属波导等体积较大的组件，实现单片集成。

本发明的另一个目的在于提供一种GaAs平面耿氏二极管的制作方法，其制作方法与集成电路工艺相兼容，便于制作毫米波、亚毫米波范围内的集成振荡电路。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，该二极管包括：

用于支撑整个GaAs平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；

在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面N⁺层；

在下底面N⁺层上继续外延生长的线性梯度掺杂N型层；

在线性梯度掺杂N型层上外延生长的N^-型层；

在N^-型层上外延生长的高掺杂上表面N⁺层；

经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面N⁺层和上表面N⁺层上形成的台面结构；

在上表面N⁺型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及

在下底面N⁺型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。

上述方案中，所述半导体绝缘衬底是半导体绝缘GaAs衬底。

上述方案中，所述N型层与所述N^-型层之间的交界处为低掺杂，所述N型层与所述下表面N⁺层之间的交界处为高掺杂；从N型层与N^-型层之间界面到下表面N⁺层与N层界面之间的掺杂浓度满足线性梯度掺杂分布。

为达到上述另一个目的，本发明提供了一种GaAs平面耿氏二极管的制作方法，该方法包括：

A、在半导体绝缘衬底上外延生长高掺杂的下底面N⁺层；

B、在下底面N⁺层上外延生长的线性梯度掺杂的N型层；

C、在线性梯度掺杂的N型层上生长的N^-型层；

D、在N^-型层上生长的高掺杂的上表面N⁺层；

E、采用湿法刻蚀减小上表面N⁺层和下底面N⁺层的面积，形成上表面N⁺层与下底面N⁺层的台面结构；

F、在上表面N⁺层和下底面N⁺层上分别蒸发金属形成欧姆接触；

G、采用湿法刻蚀，形成半导体绝缘衬底的台面结构；在该半导体绝缘衬底的台面结构上蒸发金属形成上、下电极引线，通过制作空气桥把上表面N⁺型层上的电极引出。

上述方案中，所述半导体绝缘衬底是半导体绝缘GaAs衬底。

上述方案中，所述在半导体绝缘衬底的台面结构上蒸发金属形成的上、下电极引线采用的金属为Ti/Pt/Au。

(三)有益效果