[发明专利]一种GaN基高压整流共振隧穿二极管

权利要求书

1.一种GaN基高压整流共振隧穿二极管，其特征在于：包括面GaN基底、n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层、i-In_0.07Ga_0.93N第一隔离层、AlGaN第一势垒层、i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层、GaN第二势垒层、i-In_0.21Ga_0.79N第二隔离层、n⁺-In_0.21Ga_0.79N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；所述的面GaN基底上表面外延n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层，n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层上表面依次外延i-In_0.07Ga_0.93N第一隔离层、AlGaN第一势垒层、i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层、GaN第二势垒层、i-In_0.21Ga_0.79N第二隔离层与n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层；n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层、i-In_0.07Ga_0.93N第一隔离层、i-Al_0.1Ga_0.9N第一势垒层、i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层、i-GaN第二势垒层、i-In_0.21Ga_0.79N第二隔离层、n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层构成共振隧穿二极管的核心量子结构区域；核心量子结构区域上表面为发射区金属电极引脚，核心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；

基底为厚度10²-10³μm的i-GaN层、集电区层为10^-2-10⁰μm厚的n⁺-In_0.07Ga_0.93N层、第一隔离层为10⁰-10¹nm厚的i-In_0.07Ga_0.93N层、第一势垒层为1.5-6nm厚的i-Al_0.1Ga_0.9N层、量子阱层为1.5-3nm厚的i-In_0.14Ga_0.86N层、第二势垒层为1.5-6nm厚的i-GaN层、第二隔离层为0-10¹nm厚的i-In_0.21Ga_0.79N层、发射区层为10^-2-10⁰μm厚的n⁺-In_0.21Ga_0.79N层、钝化层为10¹nm厚的AlN、Si₃N₄或者氧化硅层；发射区层中n⁺-In_0.21Ga_0.79N掺杂浓度为1e18-1e19cm^-3，集电区层中n⁺-In_0.07Ga_0.93N掺杂浓度为1e18-1e19cm^-3；

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作用；

n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层上表面外部区域与集电区金属电极之间形成欧姆接触，起通过重掺杂n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层收集与传输第一隔离层i-In_0.07Ga_0.93N层的电子流作用；在热学方面，n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层则作为第一隔离层i-In_0.07Ga_0.93N层与半绝缘i-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i-In_0.07Ga_0.93N层在器件结构上连接n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层与第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层，主要为穿过第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层的电子提供通向集电区层的疏运路径、作为n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层与第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层之间的热传输路径、缓冲重掺杂n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层电子向第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层方向的扩散、及隔离n⁺-In_0.07Ga_0.93N集电区层中量子能级对第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下辅助电子疏运的量子调控作用；

第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层在结构上隔离第一隔离层i-In_0.07Ga_0.93N层与i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层，作为第一隔离层i-In_0.07Ga_0.93N层与i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层之间的纳米级厚度有限高势垒，即第一隔离层i-In_0.07Ga_0.93N层与i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层之间电子量子共振隧穿的库伦阻塞与路径；

i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层介于第一势垒层i-Al_0.1Ga_0.9N层与第二势垒层i-GaN层之间，作为纳米级厚度有限深电子势阱—即电子量子阱，利用量子尺寸效应形成i-In_0.14Ga_0.86N量子阱中位置-能量空间沿能量方向纵向量子化的离散或者准连续电子能谱；

第二势垒层i-GaN层在结构上隔离i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层与第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N层，作为i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层与第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N层之间的纳米级厚度有限高势垒，即i-In_0.14Ga_0.86N量子阱层与第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N层之间电子量子共振隧穿的库伦阻塞与路径；

第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N层在器件结构上连接第二势垒层i-GaN层与n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层，主要输运来自n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层的电子，作为第二势垒层i-GaN层与n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层之间的热传输路径，隔离n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层中量子能级对第二势垒层i-GaN层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下辅助电子疏运的量子调控作用；

n⁺-In_0.21Ga_0.79N发射区层与发射区金属电极引脚之间形成发射极欧姆接触，连接第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N层与发射区金属电极引脚，作为第二隔离层i-In_0.21Ga_0.79N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之间形成欧姆接触,连接器件集电区与外部电路；

AlN、Si₃N₄或者SiO₂钝化层将器件的表面需要保护部分与外界环境及电极之间隔离开来,并钝化表面悬挂键，降低器件表面漏电作用。