[发明专利]Ga2

说明书

本发明公开了一种Ga₂O₃基共振隧穿二极管及其制备方法。本发明采用Ga₂O₃有源区双势垒结构，集电极势垒层的Al组分大于发射极势垒层的Al组分，使得具有超大的禁带宽度和击穿场强，在更高电压下会出现更多微分负阻现象，器件更适合高功率工作并提高了峰谷电流比值；利用Ga₂O₃材料具有无自发极化的特点，极大弱化发射极产生电荷积累区和集电极产生电荷耗尽区，提高器件的稳定性；采用(Al_xGa_1‑x)₂O₃/Ga₂O₃双势垒结构导带能量偏移大，有效减小越过势垒的热电子发射电流等非隧穿电流机制，提高器件的输出功率。

技术领域

本发明涉及半导体电子器件领域，具体涉及一种Ga₂O₃基共振隧穿二极管及其制备方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz,THz)技术作为一种新兴的科学技术，由于它独特的特性和优势，吸引了大量研究人员进行研究。太赫兹是一种频率在0.1THz到10THz之间的电磁波，这一波段的电磁波由于它独特的能量和穿透能力，在生物医学组织成像，安全检查和无线通信等领域具有重要的研究和应用价值。而所有这些应用，都需要一个稳定的太赫兹源。共振隧穿二极管(Resonant tunneling diode,RTD)由于其器件的微分负阻特性以及特征时间短、速度快的特点成为实现太赫兹源的重要方案之一。

目前对GaAs基共振隧穿二极管的研究相对成熟，已经成功用于制备太赫兹波段的振荡器，且室温下基本振荡高达1.92THz。但是由于砷化物较小的禁带宽度与电子有效质量等材料固有的性能限制导致器件的输出功率只有微瓦量级。近年，宽禁带材料GaN基共振隧穿二极管进入人们的研究视野，其输出功率可达瓦级，但是振荡频率较低，且氮化物材料本身的自发极化会使得发射极产生电荷积累区，导致峰谷电流比值较小且器件性能不稳定。并且GaN基衬底价格昂贵、漏电严重等难题均极大限制了实际应用。为了增强共振隧穿二极管的器件输出功率与器件稳定性及降低成本，超宽禁带Ga₂O₃材料成为优选方案之一。Ga₂O₃衬底的制备可以使用与蓝宝石相同的熔体生长工艺，以更低的成本可获得更大尺寸高质量的Ga₂O₃衬底，为实现Ga₂O₃基共振隧穿二极管提供了基础保障。且Ga₂O₃材料具有大的禁带宽度、超高击穿场强、较大的有效电子质量、无自发极化等优点，使得Ga₂O₃基共振隧穿二极管可以实现量子阱深度的更大范围的变化，从而有效减小非隧道电流密度、降低器件功耗、改善共振隧穿二极管电流电压特性的可重复性和稳定性，为太赫兹振荡器提供更高的工作温度和功率输出。

发明内容

针对目前半导体材料共振隧穿二极管输出功率低、器件性能不稳定等现有技术中存在的问题，本发明提出了一种Ga₂O₃基共振隧穿二极管及其制备方法，利用氧化镓衬底价格低廉、大尺寸高质量的特点，有效降低了器件制备成本。同时，采用Ga₂O₃有源区双势垒结构，利用Ga₂O₃禁带宽度大、击穿场强大、无自发极化、(Al_xGa_1-x)₂O₃/Ga₂O₃导带能量偏移大的特点，提高了器件的峰谷电流比值、弱化发射极产生电荷积累区和集电极产生电荷耗尽区、提高了器件的稳定性，有效减小越过势垒的热电子发射电流等非隧穿电流机制，提高器件的输出功率。

本发明的一个目的在于提出一种Ga₂O₃基共振隧穿二极管。