CN107068751A - 毫米波及太赫兹波直接调制器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波及太赫兹波直接调制器及其制备方法，属于半导体器件技术领域。本发明包括外延层，在所述外延层上两侧设有欧姆接触，两欧姆接触之间为肖特基接触，在形成的欧姆接触和肖特基接触上用晶片键合的方法粘合石英基片，形成二次衬底。本发明能够降低器件的反射损耗和传输损耗，获得更高调制深度的器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种毫米波及太赫兹波直接调制器及其制备方法。
背景技术
以Si、GaAs、V2O5、GaN等传统半导体材料为基础的太赫兹直接调制器件由于受到材料本身介电常数大的限制，在信号差损上很难再有进一步的提高。近年来衬底替换技术在GaN半导体器件中发展迅猛，可以将外延材料原有的高电磁损耗的衬底替换为低损耗衬底，因此在毫米波、太赫兹波空间调制电子器件领域极具发展潜力，是目前国际上的热点。
由于GaN材料生长一般采用蓝宝石、碳化硅或硅衬底，这些衬底材料的介电常数都在10左右，对于毫米波和太赫兹波的损耗比较大，同时信号从空气进入器件时，大约有50%的电磁波被反射回去，严重限制了调制器性能提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种毫米波及太赫兹波直接调制器及其制备方法，能够降低器件的反射损耗和传输损耗，获得更高调制深度的器件。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种毫米波及太赫兹波直接调制器，包括外延层，在所述外延层上两侧设有欧姆接触，两欧姆接触之间为肖特基接触，在形成的欧姆接触和肖特基接触上用晶片键合的方法粘合石英基片，形成二次衬底。
一种毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，包括以下步骤：
一、在一次衬底上生长外延层；
二、在外延层上光刻出有源区台面，采用离子注入或ICP刻蚀，实现有源区台面隔离；
三、在有源区台面两侧通过光刻制作欧姆接触区域，依次蒸发金属层钛、铝、镍、金、或钛、铝、铂、金金属层，剥离后，通过高温快速退火形成欧姆接触；有源区台面上蒸发Ti、Au金属，形成肖特基接触；
四、在步骤一形成的外延层上光刻出人工电磁结构，并进行金属化和剥离工艺，首次制成调制器；
五、将双面抛光的石英基片与首次制成的调制器的正面进行晶片键合，形成二次衬底；
六、去掉一次衬底；
七、根据工作频段的需要，将石英基片背面减薄和划片，获得最终的直接调制器。
进一步的，所述的一次衬底为蓝宝石、硅或碳化硅衬底。
进一步的，步骤一中所述的外延层为在所述的一次衬底上外延生长的GaN层，以及在所述的GaN层上生长的AlGaN、AlN、InAlN或石墨烯层。
进一步的，所述外延生长的GaN层的生长厚度在0.5-5μm之间。
进一步的，步骤一中所述外延层为生长单层N型GaN材料，N型GaN厚度为100nm-2μm，掺杂浓度1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
进一步的，步骤六中，当一次衬底为蓝宝石衬底时，采用激光剥离的方法将蓝宝石衬底剥离掉；当一次衬底为硅或碳化硅衬底时，采用机械研磨的方法先研磨掉大部分的衬底，保留100μm以下的衬底时采用ICP方法进行刻蚀，直到把一次衬底刻蚀干净。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用衬底替换技术，把原来材料生长的高介电常数衬底替换为低介电常数的石英衬底，最大限度的降低了调制器的差损，提高了器件的绝对调制深度，同时超材料与二维电子气相结合的调制器具有高调制速率的特点，能够降低器件的反射损耗和传输损耗，可以实现毫米波和亚毫米波段的直接调制器件。
附图说明
图1是本发明制备步骤一的示意图；
图2是本发明制备步骤二、三的示意图；
图3是本发明制备步骤四、五的示意图；
图4是本发明制备的调制器的示意图；
图中：1、欧姆接触；2、肖特基接触。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
由于GaN材料生长一般采用蓝宝石、碳化硅或硅衬底，这些衬底材料的介电常数都在10左右，对于毫米波和太赫兹波的损耗比较大。如果把材料的生长衬底替换为石英等低介电常数的衬底，可以减小反射损耗和传输损耗，大大提高调制器的性能。但是目前国际上还没有基于衬底替换技术的毫米波与太赫兹直接调制器件，本发明提出的是一种可以实现衬底替换技术的毫米波与太赫兹直接调制器的制备方法，能够解决现有方法制备的调制器毫米波和太赫兹波损耗大的问题。下面是本发明的具体实施例，但本发明列举的实施例不构成对本发明的限制。
本发明提供的毫米波及太赫兹波直接调制器，其结构如图4所示，包括外延层，在所述外延层上两侧设有欧姆接触1，两欧姆接触1之间为肖特基接触2，在形成的欧姆接触1和肖特基接触2上用晶片键合的方法粘合石英基片，形成二次衬底。
本发明提供的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、参见图1，是在一次衬底上生长外延层；
步骤二、参照图2，在外延层上光刻出有源区台面结构，采用离子注入或ICP刻蚀，实现台面隔离；
步骤三、参照图2，在台面两侧通过光刻制作欧姆接触区域，依次蒸发金属层钛、铝、镍、金、或钛、铝、铂、金金属层，剥离后，通过高温快速退火形成欧姆接触1；台面上蒸发Ti、Au金属，形成肖特基接触2；
步骤四、在步骤一形成的外延层上光刻出人工电磁结构，并进行金属化和剥离工艺，首次制成调制器；
步骤五、参照图3，将双面抛光的石英基片与首次制成的调制器的正面进行晶片键合，形成二次衬底；
步骤六、参照图4，去掉一次衬底；
步骤七、参照图4，根据工作频段的需要，将石英基片背面减薄和划片，获得最终的直接调制器。
本发明所用所述的一次衬底为蓝宝石、硅或碳化硅衬底，用于支撑整个调制器外延材料的生长。
其中，在步骤一中所述的外延层为在所述的一次衬底上的外延生长的GaN层，以及在所述的GaN层上生长的AlGaN、AlN、InAlN或石墨烯层，形成二维电子气沟道。
更进一步的，在所述外延生长的GaN层的生长厚度在0.5-5μm之间。
其中，步骤一中所述的外延层为生长单层N型GaN材料，N型GaN厚度为100nm-2μm，掺杂浓度1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
其中，步骤六中，当一次衬底为蓝宝石衬底时，采用激光剥离的方法将蓝宝石衬底剥离掉；当一次衬底为硅或碳化硅衬底时，采用机械研磨的方法先研磨掉大部分的衬底，保留100μm以下的衬底时采用ICP方法进行刻蚀，直到把一次衬底刻蚀干净。
为了便于理解，本发明对其中所述的有源区进行说明，有源区：硅片上做有源器件的区域，就是有些阱区，或者说是采用STI等隔离技术隔离开的区域。有源区主要针对MOS而言，不同掺杂可形成n或p型有源区。有源区分为源区和漏区（掺杂类型相同）在进行互联之前，两个有源区没有差别。另外，业内通俗的把有后续杂质注入的地方就都叫做有源区。有源器件是必须在外加适当的偏置电压情况下才能正常工作的器件。源区、沟道区、漏区合称为MOS管的有源区。有源区之外的区域为场区，有源区和场区之和就是整个芯片表面，即基片衬底。
以上对本发明提供的技术方案进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种毫米波及太赫兹波直接调制器，其特征在于，包括外延层，在所述外延层上两侧设有欧姆接触（1），两欧姆接触（1）之间为肖特基接触（2），在形成的欧姆接触（1）和肖特基接触（2）上用晶片键合的方法粘合石英基片，形成二次衬底。
2.一种如权利要求1所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在一次衬底上生长外延层；
二、在外延层上光刻出有源区台面，采用离子注入或ICP刻蚀，实现有源区台面隔离；
三、在有源区台面两侧通过光刻制作欧姆接触区域，依次蒸发金属层钛、铝、镍、金、或钛、铝、铂、金金属层，剥离后，通过高温快速退火形成欧姆接触（1）；在有源区台面上蒸发Ti、Au金属，形成肖特基接触（2）；
四、在步骤一形成的外延层上光刻出人工电磁结构，并进行金属化和剥离工艺，首次制成调制器；
五、将双面抛光的石英基片与首次制成的调制器的正面进行晶片键合，形成二次衬底；
六、去掉一次衬底；
七、根据工作频段的需要，将石英基片背面减薄和划片，获得最终的直接调制器。
3.根据权利要求2所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，所述的一次衬底为蓝宝石、硅或碳化硅衬底。
4.根据权利要求2所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的外延层为在所述一次衬底上外延生长的GaN层，以及在所述GaN层上生长的AlGaN、AlN、InAlN或石墨烯层。
5.根据权利要求4所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，所述外延生长的GaN层的生长厚度在0.5-5μm之间。
6.根据权利要求2所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述外延层为生长单层N型GaN，N型GaN厚度100nm-2μm，掺杂浓度1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
7.根据权利要求2所述的毫米波及太赫兹波直接调制器的制备方法，其特征在于，步骤六中，当一次衬底为蓝宝石衬底时，采用激光剥离的方法将蓝宝石衬底剥离掉；当一次衬底为硅或碳化硅衬底时，采用机械研磨的方法先研磨掉大部分的衬底，保留100μm以下的衬底时采用ICP方法进行刻蚀，直到把一次衬底刻蚀干净。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170818 |