[发明专利]倍频器及其制备方法

权利要求书

1.倍频器，其特征在于，包括波导壳体，以及设于所述波导壳体内部的倍频单片；所述倍频单片包括GaN太赫兹二极管；所述GaN太赫兹二极管包括：

高阻硅衬底；

金刚石薄膜层，外延生长于所述高阻硅衬底上；

N+GaN层，外延生长于所述金刚石薄膜层上，边缘与所述金刚石薄膜层形成第一台阶结构，所述第一台阶结构的金刚石台面为有源区台面；

N-GaN层，外延生长于所述N+GaN层上，边缘与所述N+GaN层形成第二台阶结构，所述第二台阶结构的N+GaN台面为欧姆接触台面；

欧姆接触电极，设于所述欧姆接触台面上，并与所述有源区台面电连接；

肖特基接触电极，设于所述N-GaN层上，并与所述有源区台面电连接；

其中，所述金刚石薄膜层上设有倍频微带电路结构；所述波导壳体的内腔壁上设有第三台阶结构，所述高阻硅衬底的边缘与所述金刚石薄膜层形成第四台阶结构，所述第四台阶结构的金刚石台面搭接于所述第三台阶结构上。

2.如权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述金刚石薄膜层的厚度为30～75μm。

3.如权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述N+GaN层的厚度为2～4μm，氮掺杂浓度量级为10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³；所述N-GaN层的厚度为100～400nm，氮掺杂浓度量级为10¹⁶/cm³～10¹⁸/cm³。

4.如权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述高阻硅衬底的厚度为20～30μm。

5.倍频器制备方法，用于制备如权利要求1-4任一项所述的倍频器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101，在高阻硅衬底上外延生长金刚石薄膜层，所述金刚石薄膜层的厚度为30～75μm；

步骤S102，在所述金刚石薄膜层上依次外延生长N+GaN层、N-GaN层；

步骤S103，在所述N-GaN层上进行刻蚀，露出所述N+GaN层的边缘，并在露出的所述N+GaN层上进行刻蚀，露出所述金刚石薄膜层的边缘，获得有源区台面；

步骤S104，再次在所述N-GaN层上进行刻蚀，并露出所述N+GaN层，获得欧姆接触台面；

步骤S105，在所述欧姆接触台面上依次进行光刻、蒸发、剥离、高温退火，形成欧姆接触；

步骤S106，在所述N-GaN层上蒸发Ti/Au或Ni/Au，形成肖特基接触，获得GaN太赫兹二极管；

步骤S107，根据电路设计，在所述金刚石薄膜层上制备倍频微带电路结构，获得倍频单片；

步骤S108，将所述倍频单片分片后装配至波导腔体内，获得倍频器。

6.如权利要求5所述的倍频器制备方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

在所述金刚石薄膜层上外延生长2～4μm的所述N+GaN层，所述N+GaN层的氮掺杂浓度量级为10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³；

在所述N+GaN层上外延生长100～400nm的所述N-GaN层，所述N-GaN层的氮掺杂浓度量级为10¹⁶/cm³～10¹⁸/cm³。

7.如权利要求5所述的倍频器制备方法，其特征在于，所述步骤S105包括：

在所述欧姆接触台面上光刻欧姆接触区域；

在所述欧姆接触区域内蒸发金属层，所述金属层依次为钛、铝、镍、金或钛、铝、铂、金；

将所述金属层剥离后通过高温快速退火形成欧姆接触。

8.如权利要求5所述的倍频器制备方法，其特征在于，所述步骤S108包括：

将所述倍频单片的高阻硅衬底减薄至20～30μm，并对所述高阻硅衬底进行光刻和刻蚀，使所述金刚石薄膜层的边缘露出；

将露出的所述金刚石薄膜层的边缘与所述波导腔体的内壁搭接装配，获得倍频器。