[发明专利]一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管

说明书

本发明涉及一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管。本发明包括GaN基底、n⁺‑GaN集电区层、i‑GaN第一隔离层、i‑AlGaN第一势垒层、i‑GaN量子阱层、i‑AlGaN第二势垒层、i‑GaN或者i‑InGaN第二隔离层、n⁺‑GaN发射区层、AlN钝化层、集电区金属电极引脚与发射区金属电极引脚。本发明采用高质量非极性上表面的外延本征GaN基底上外延生长GaN/AlGaN纳米薄膜制备的共振隧穿二极管。具有足够明显且实用的负微分电阻伏安特性，在足够低的正偏压下具有较低的峰值电流与谷值电流，功耗较低。

技术领域

本发明涉及化合物半导体量子器件技术领域，具体是一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管。

背景技术

对于常规GaN/AlGaN共振隧穿二极管(RTD)器件，由于GaN/AlGaN势垒层的自发极化效应和在外加电压作用下的压电极化效应显著，在GaN/AlGaN势垒层中将形成极化电场。由于受GaN/AlGaN材料内在结构及其表面外延生长动力学等因素制约，对于c面向外延生长，外延生长高质量GaN/AlGaN纳米薄膜，其初始极性面与终了极性面相同。如果GaN基底上表面为c面，即Ga表面极性，则AlGaN势垒层中的极化电场方向与器件外加电场方向相同，会增强RTD器件的共振隧穿效应，有利于比势垒层在无极化效应条件下获得更强的负微分电阻(NDR)伏安特性，即具有更高的峰值/谷值电流密度，因而器件的功耗较高；而如果GaN基底上表面为面，即N表面极性，则AlGaN势垒层中的极化电场方向与器件外加电场方向相反，会抑制和破坏RTD器件的共振隧穿效应，很难获得明显的可实用负微分电阻(NDR)伏安特性。故此，常规GaN/AlGaN共振隧穿二极管(RTD)器件通常采用上表面为c面的GaN基底。

本发明采用分子束外延(MBE)生长N表面极性高质量纤锌矿GaN材料，经一次斜切得到非面GaN基底，或者采用斜切衬底上金属有机化学汽相淀积(MOCVD)外延生长N上表面极性高质量纤锌矿GaN材料，经再次斜切所得非面GaN基底；如附图1所示为纤锌矿四轴坐标系，即以a1，a2，a3和c轴为四个坐标轴构成四轴坐标系表征的三维空间，所得非面GaN基底的初始晶向范围落在该四轴坐标系表征的三维空间中闭区间方向范围超声波气体流量检测模块，或者按照晶格对称性所对应的等效晶向范围内，经过后续MBE或者MOCVD依次外延生长即刻蚀n⁺-GaN、i-GaN、i-AlGaN、i-GaN、i-AlGaN、i-GaN、AlN及金属纳米薄膜制备出一种低功耗GaN/AlGaN基共振隧穿二极管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管。

本发明包括基底、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。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分别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。