[发明专利]一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管

权利要求书

1.一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管，包括基底、集电区层、第一隔离层、第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、第二隔离层、发射区层、钝化层、集电区金属电极引脚与发射区金属电极引脚；其特征在于：所述的基底上表面外延集电区层，集电区层上表面中部外延第一隔离层、第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、第二隔离层与发射区层；第一隔离层、第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、第二隔离层和发射区层构成共振隧穿二极管的中央量子结构区域；中央量子结构区域上表面为发射区金属电极引脚，中央量子结构区域外侧沉积有钝化层，钝化层外侧为集电区金属电极引脚；基底采用上表面晶面为纤锌矿四轴坐标系中的或者a面的高质量混合极性上表面的外延本征的GaN基底；

基底为厚度10²-10³μm的GaN层、集电区层为10^-2-10⁰μm厚的n⁺-GaN层、第一隔离层为10⁰-10¹nm厚的i-GaN层、第一势垒层为1.5-5nm厚的i-AlGaN层、量子阱层为1.5-7nm厚的i-GaN层、第二势垒层为1.5-5nm厚的i-AlGaN层、第二隔离层为0-10¹nm厚的i-GaN或者i-InGaN层、发射区层为10^-2-10⁰μm厚的n⁺-GaN层、钝化层为10¹nm厚的AlN层；

以GaN基底作为器件载体，起到决定器件层外延生长方向、支撑器件层、器件层中器件之间的隔离及辅助工作中的器件散热的作用；

集电区层上表面外部区域与集电区金属电极引脚之间形成欧姆接触，起收集与传输第一隔离层的电子流作用；在热学方面则作为第一隔离层与高质量混合极性上表面半绝缘GaN基底及集电区金属电极引脚之间的热传导媒质；

第一隔离层在器件结构上连接集电区层与第一势垒层，主要为穿过第一势垒层的电子提供通向集电区层的疏运路径、作为集电区层与第一势垒层之间的热传输路径及隔离集电区层中量子能级对第一势垒层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下形成与量子阱层中对应的共振量子能级；

第一势垒层在结构上隔离第一隔离层与量子阱层，作为第一隔离层与量子阱层之间的纳米级厚度有限高势垒，即第一隔离层与量子阱层之间电子量子共振隧穿的路径；

量子阱层介于第一隔离层与第二势垒层之间，作为纳米级厚度有限深电子势阱，提供沿能量纵向量子化的电子能级；

第二势垒层在结构上隔离量子阱层与第二隔离层，作为量子阱层与第二隔离层之间的纳米级厚度有限高势垒，即量子阱层与第二隔离层之间电子量子共振隧穿的路径；

第二隔离层在器件结构上连接第二势垒层与发射区层，主要输运来自发射区层的电子，作为第二势垒层与发射区层之间的热传输路径，隔离发射区层中量子能级对第二势垒层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下形成与量子阱层对应的共振量子能级；

发射区层与发射区金属电极引脚之间形成欧姆接触，连接第二隔离层与发射区金属电极引脚，作为第二隔离层与发射区金属电极引脚之间电子流的低阻通路和热传输路径；

集电区金属电极引脚与集电区层之间形成欧姆接触,连接器件集电区与外部电路；钝化层将器件的表面需要保护部分与外界环境之间隔离开来,并钝化表面悬挂键；

所述的第一势垒层、第二势垒层中的极化电场方向与外加极化电场方向不重合，也不反向重合，二者之间存在一个夹角，用α表示，称为有效极化角，则第一势垒层、第二势垒层中的有效极化电场满足式(1)所示的投影定律：

k是玻尔兹曼常数，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数，P_SP为自发极化强度，P_PZ为压电极化强度，q是电子电荷量大小。

2.如权利要求1所述的一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管，其特征在于：所述钝化层、集电区金属电极引脚和发射区金属电极引脚组成三个同心圆或者同心正多边形。

3.如权利要求1所述的一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管，其特征在于：所述的钝化层淀积在中央量子结构区域外侧。