[发明专利]倍频器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种倍频器及其制备方法，属于半导体器件技术领域，倍频器包括倍频单片，倍频单片包括GaN太赫兹二极管，GaN太赫兹二极管包括高阻硅衬底、外延生长于高阻硅衬底上的金刚石薄膜层、外延生长于金刚石薄膜层上的N+GaN层、外延生长于N+GaN层上的N‑GaN层、欧姆接触电极，以及肖特基接触电极。本发明提供的倍频器所采用的GaN太赫兹二极管利用金刚石材料介电常数低、热导率高的特性，能够提升器件散热能力，降低寄生电容和内部结温，从而提升器件的耐功率水平。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，更具体地说，是涉及一种倍频器及其制备方法。

背景技术

传统GaN(氮化镓)太赫兹二极管倍频单片电路通常采用相同材料衬底的基础结构进行制备，由于衬底材料本身介电常数高，因此器件内部的寄生电容高，这对于毫米波和太赫兹波会产生较大的损耗，而且这类衬底材料的热导率较低，因此器件的散热能力较差，因而会导致器件内部结温升高，功率输出效率降低，甚至造成器件因高温烧毁或缩短使用寿命，严重影响GaN太赫兹二极管的耐功率水平，从而制约基于GaN太赫兹二极管的倍频单片以及倍频器的耐功率水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倍频器及其制备方法，旨在解决现有技术的GaN太赫兹二极管、倍频单片及倍频器耐功率水平低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种GaN太赫兹二极管，包括高阻硅衬底、外延生长于高阻硅衬底上的金刚石薄膜层、外延生长于金刚石薄膜层上的N+GaN层、外延生长于N+GaN层上的N-GaN层、欧姆接触电极，以及肖特基接触电极；其中，N+GaN层的边缘与金刚石薄膜层形成第一台阶结构，第一台阶结构的金刚石台面为有源区台面；N-GaN层的边缘与N+GaN层形成第二台阶结构，第二台阶结构的N+GaN台面为欧姆接触台面；欧姆接触电极设于欧姆接触台面上，并与有源区台面电连接；肖特基接触电极设于N-GaN层上，并与有源区台面电连接。

作为本申请另一实施例，金刚石薄膜层的厚度为30～75μm。

作为本申请另一实施例，N+GaN层的厚度为2～4μm，氮掺杂浓度量级为10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³；N-GaN层的厚度为100～400nm，氮掺杂浓度量级为10¹⁶/cm³～10¹⁸/cm³。

需要说明的是，太赫兹器件要求具有超薄的衬底结构，而金刚石材料本身的减薄难度极大，而若直接在超薄的金刚石材料上外延生长GaN又无法满足工艺强度要求，难以实现。

本发明提供的GaN太赫兹二极管的有益效果在于：与现有技术相比，本发明GaN太赫兹二极管，在高阻硅衬底上外延金刚石薄膜层从而形成硅基金刚石衬底，并在金刚石薄膜层上依次外延N+GaN层和N-GaN层后，通过刻蚀形成有源区台面和欧姆接触台面，然后分别在欧姆接触台面和N-GaN层上制备欧姆接触电极和肖特基接触电极，从而获得以金刚石薄膜层为衬底结构的GaN太赫兹二极管，利用高阻硅衬底对金刚石薄膜层的加强承托作用，能够提高金刚石薄膜层的强度，从而实现在超薄金刚石材料上制备GaN太赫兹二极管，由于金刚石材料的介电常数低、热导率高，因此能够降低器件内部寄生电容并提高器件整体散热能力，从而减少太赫兹波的损耗，提高功率输出效率，降低器件内部结温，进而能够提升GaN太赫兹二极管的耐功率水平。

本发明还提供了一种倍频单片，包括上述GaN太赫兹二极管，其中，金刚石薄膜层上设有倍频微带电路结构。

本发明提供的倍频单片采用了上述GaN太赫兹二极管，利用金刚石材料介电常数低、热导率高的特性，能够降低器件寄生电容并提高器件整体散热能力，从而减少太赫兹波的损耗，提高功率输出效率，降低器件内部结温，进而能够提升倍频单片的耐功率水平。