[实用新型]一种太赫兹GaN耿氏二极管

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子器件技术领域，具体涉及一种太赫兹GaN耿氏二极 管及其制作方法。

背景技术

相比较传统半导体材料(Si和GaAs)，GaN在频率和输出功率方面拥有优 异的性能，GaN基的耿氏二极管已经展现了其在太赫兹领域(100GHz～10THz) 的广阔应用前景。相关理论研究已经预示了亚微米渡越层的GaN耿氏二极管至 少可以产生200GHz的振荡频率，并且射频功率密度至少比其他传统Ⅲ-Ⅴ化合 物耿氏二极管高2倍。

传统的n+/n/n+的耿氏器件结构中，电子必须经过较长一段距离才能获得足 够的能量，这就限制了器件的工作频率。近年来国际上提出一个n+/n-/n/n+结 构的二极管结构用以代替原先的n+/n/n+二极管结构，这种结构缩短了电子的加 速距离，提高了器件的工作频率。其中靠近阴极发射区的n-电子发射层可以是 一个同质的电子发射层或者是一个异质的电子发射层，这些结构可以更好地改 善发射区的空间电荷扰动从而促进电子畴的形成以及壮大。

目前n-电子发射层研究主要集中在InAlN/GaN以及AlGaN/GaN异质结构 上，其中用In组分为17％的InAlN三元化合物来代替传统的AlGaN，获得的 InAlN/GaN异质结构晶格匹配，这样可以避免引入失配位错，从而提高晶体质 量。并且InAlN/GaN异质结构的自发极化要比传统的AlGaN/GaN异质结构强 很多，这样可以在界面处引入更高的二维电子气(2DEG)密度，因此InAlN/GaN 异质结构可以改善器件性能。然而现有技术中的InAlN电子发射层结构都未能 很好地解决输出功率密度低，转化效率低，器件功耗大这些问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可避免 出现上述技术缺陷的太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种太赫兹GaN耿氏二极管，包括由下往上依次设置的阴极4、n型GaN衬 底7、n⁺GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n^-GaN渡越层9、 n⁺GaN阳极欧姆接触层2、阳极3，还包括设置在n型GaN衬底7上并包裹在所 述n⁺GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n^-GaN渡越层9、 n⁺GaN阳极欧姆接触层2、阳极3外部的SiN钝化层5，所述SiN钝化层5的上部 设置有露出所述阳极3的开孔6。

进一步地，所述n⁺GaN阴极欧姆接触层1的上端形成有圆形的凸台10，所 述凸台10的高度为100～200nm，直径为30～40μm。

进一步地，所述n⁺GaN阴极欧姆接触层1的厚度为1～2μm，掺杂浓度为1～ 5×10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述InAlN三维结构电子发射层8厚度为200～400nm，采用 In组份比为17％的InAlN材料制成。

进一步地，所述n^-GaN渡越层9的厚度为0.5～1μm；掺杂浓度为0.5～ 1.5×10¹⁷cm^-3。

进一步地，所述n⁺GaN阳极欧姆接触层2的厚度为200～500nm；掺杂浓 度为1～5×10¹⁸cm^-3。

本实用新型提供的太赫兹GaN耿氏二极管，采用了三维结构的InAlN电子 发射层结构，相对于传统二维结构增大了GaN阴极欧姆接触层和电子发射层有 效接触面积，在同等尺寸下显著提升GaN耿式二极管输出功率密度，而且在同 等性能下显著提高功率转换效率以及降低器件功耗；采用了In组份为17％的 InAlN材料作为电子发射层，该材料与GaN晶格匹配，可以消除了三维结构的 晶格失配现象，避免失配位错的产生；采用了纵向电极结构，和传统的GaAs 耿式二极管封装工艺完全兼容，非常适合太赫兹组件在射频谐振腔内进行安装 以及调试，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本实用新型提供的太赫兹GaN耿氏二极管的剖面结构示意图；