[发明专利]基于极化掺杂的GaN肖特基二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域。

背景技术

以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点，国内的研究还停留在很低的频率段上。

由于GaN材料的电子迁移率相比GaAs比较低，基于GaN材料制备的肖特基二极管的串联电阻很大，使得器件的截止频率和工作频率很难达到GaAs器件的水平。另外，GaN材料的湿法腐蚀工艺还不成熟，一般采用干法刻蚀，再进行平整化工艺，对器件工艺带来了难度。目前采用采用改善欧姆接触工艺和探索新的肖特基接触金属来提高器件的工作频率，国际上工作频率最高已经达到了100GHz。若要进一步提高器件的工作频率需要从材料和器件结构入手，提高GaN材料的迁移率，采用GaAs常用的平面型结构，来达到更高的工作频率。

极化掺杂的概念最早由UCSB U.K.mishra教授领导的研究小组2001年提出，并进行了极化掺杂的N型材料生长。我国中科院半导体所、物理所和电子科技大学等单位也进行了极化掺杂材料生长和理论研究的工作。但是国内外都没有开展极化掺杂GaN肖特基二极管器件制备工作。

发明内容

本发明提供了一种基于极化掺杂的GaN肖特基二极管，该二极管利用极化掺杂方式提高GaN材料的迁移率和GaN肖特基二极管的变容比，最终提高毫米波和太赫兹范围内倍频电路的工作频率和输出功率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于极化掺杂的GaN肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层、在所述衬底层上生长的高掺杂的N+型GaN层以及在N+型GaN层上采用极化掺杂生长的N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层；所述N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层的Al组分从N+型GaN层的界面处开始非均匀分布；在所述二极管上还设有欧姆接触电极和肖特基接触电极。

所述N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层的Al组分的分布方式为从N+型GaN层的界面处开始递增或递减。

所述N+型GaN层分为两部分设于衬底层两端，其上分别设有欧姆接触电极，其中一个N+型GaN层上还设有N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层，该N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层上设有肖特基接触电极，在肖特基接触电极和位于另一侧的欧姆接触电极的上表面设有空气桥悬臂，在空气桥悬臂下方为深槽隔离区。

所述N+型GaN层分为两部分设于衬底层两端，两端的N+型GaN层上均设有N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层，其中一侧的N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层设有欧姆接触电极，在另一侧的N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层上设有台阶，欧姆接触电极和肖特基接触电极分别位于不同的台阶上，在肖特基接触电极和位于另一侧的欧姆接触电极的上表面设有空气桥悬臂，在空气桥悬臂下方为深槽隔离区。

所述N+型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为10¹⁶cm^-3到10¹⁹cm^-3。

在所述N+型GaN层上生长有欧姆接触电极；在所述N-型Al_xGa_1-xN（0＜x≤1）层上生长有肖特基接触电极。

所述N+型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为10¹⁶cm^-3到10¹⁹cm^-3。

所述衬底层为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。