CN111244190B - 一种双势垒肖特基二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双势垒肖特基二极管，将两个肖特基接触以背靠背的方式紧密制作在同一台面(中间台面)上，以从器件层面上获得偶对称的C‑V特性和奇对称的I‑V特性，使其在制作倍频器时，输出只有奇次谐波，而没有偶次谐波，以适用于高次倍频器的制作。而且两个肖特基接触的阴极通过缓冲层连接，不需要欧姆接触，降低了器件的串联电阻，有助于提高倍频效率。本发明结构简单，并且与普通的二极管工艺完全兼容，有助于简化倍频器的设计，在毫米波及太赫兹频段倍频器的设计中具有很好的实用性。

Description

一种双势垒肖特基二极管
技术领域
本发明涉及倍频器设计技术领域，特别是涉及一种双势垒肖特基二极管。
背景技术
太赫兹频率在宽带通信、安全成像、射电天文学、大气观测等领域的应用越来越广泛。目前，太赫兹技术的开发和利用迫切需要高效、稳定的室温太赫兹源。近年来，随着晶体管和MMIC技术的发展，有源倍频器和放大器正向亚毫米波方向发展。然而，随着频率的增加，有源倍频器和放大器的输出功率迅速下降。
肖特基二极管作为一种双端器件，由于其结构简单，寄生参数低，是实现太赫兹波段功率产生、信号检测等应用的主流器件。对设计基于肖特基二极管的倍频器而言，利用芯片层面的不同二极管配置，如多个二极管反串联或同向串联，可以形成平衡结构，有助于简化电路设计，提高频谱纯度。然而，这些配置通常用于低阶倍频器，即二倍频器或三倍频器。然而，达到1THz以上频率的收发前端往往需要多个倍频器，因此有必要开发高次倍频器(五倍频器、七倍频器)，以最小化级联组件的数目，而现有的多个二极管管芯反向串联或同向串联的方式，不仅增加了额外的欧姆接触损耗(一个肖特基接触对应一个欧姆接触)，而且不具有偶对称的C-V特性，所以难以适用于高次倍频器。
发明内容
本发明的目的是提供一种双势垒肖特基二极管，以提供一种适用于高次倍频器的二极管。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双势垒肖特基二极管，所述肖特基二极管包括半绝缘衬底、半绝缘衬底上生长刻蚀形成的左侧台面、中间台面和右侧台面、两个阳极探针及两个阳极桥指；
两个所述阳极探针分别贯穿所述中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层的上表面接触形成两个肖特基接触；两个所述肖特基接触的阴极通过中间台面的缓冲层连接；两个所述肖特基接触的阳极分别通过两个所述阳极桥指引至左侧台面和右侧台面，并分别贯穿左侧台面和右侧台面的钝化层、外延层，与左侧台面和右侧台面的缓冲层接触形成两个阳极接触；所述肖特基接触的阳极为阳极探针，阴极为肖特基接触所在位置的外延层下表面。
可选的，所述左侧台面、所述中间台面和所述右侧台面均由下往上依次包括缓冲层、外延层和钝化层。
可选的，所述缓冲层为重掺杂的砷化镓。
可选的，所述外延层为轻掺杂的砷化镓。
可选的，所述钝化层的材料为二氧化硅。
可选的，所述半绝缘衬底的材料为砷化镓。
可选的，所述阳极桥指为空气桥结构。
一种双势垒肖特基二极管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在半绝缘衬底上依次生长缓冲层、外延层和钝化层；
对缓冲层进行重掺杂，对外延层进行轻掺杂；
对所述缓冲层、所述外延层和所述钝化层进行刻蚀，形成相互独立的左侧台面、中间台面和右侧台面；
将两个阳极探针的一端分别贯穿中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层接触形成两个肖特基接触；
将两个所述阳极探针的另一端分别通过两个阳极桥指引至左侧台面和右侧台面，并分别贯穿左侧台面和右侧台面的钝化层、外延层，与左侧台面和右侧台面的缓冲层接触形成两个阳极接触。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提出了一种双势垒肖特基二极管，所述肖特基二极管包括半绝缘衬底、半绝缘衬底上生长刻蚀形成的左侧台面、中间台面和右侧台面、两个阳极探针及两个阳极桥指；两个所述阳极探针分别贯穿所述中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层接触形成两个肖特基接触；两个所述肖特基接触的阴极通过中间台面的缓冲层连接；两个所述肖特基接触的阳极分别通过两个所述阳极桥指引至左侧台面和右侧台面，形成两个阳极接触，得到反向串联型的双势垒肖特基二极管结构。本发明的两个肖特基接触以背靠背的方式紧密制作在同一台面(中间台面)上，以从器件层面上获得偶对称的C-V特性和奇对称的I-V特性，使其在制作倍频器时，输出只有奇次谐波，而没有偶次谐波，以适用于高次倍频器的制作。而且阴极通过缓冲层连接，不需要欧姆接触，降低了器件的串联电阻，提高了倍频效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种双势垒肖特基二极管的结构示意图；
图2为本发明提供的一种双势垒肖特基二极管的剖面结构示意图；
图3为本发明提供的一种双势垒肖特基二极管的剖面结构的等效电路示意图；
图4为本发明提供的现有技术中的肖特基二极管的剖面结构示意图；
图5为本发明提供的双势垒肖特基二极管的特性曲线图，其中，实线为C-V特性曲线，虚线为I-V特性曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种双势垒肖特基二极管，以提供一种适用于高次倍频器的二极管。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
为了实现上述目的本发明提供一种双势垒肖特基二极管，如图1-2所示，所述肖特基二极管包括半绝缘衬底(substrate)、半绝缘衬底上生长刻蚀形成的左侧台面(LeftMesa)、中间台面(Middle Mesa)和右侧台面(Left Mesa)、两个阳极探针(anode probe)及两个阳极桥指；所述左侧台面、所述中间台面和所述右侧台面均由下往上依次包括缓冲层(buffer layer)、外延层(epitaxial layer)和钝化层(passivation layer)。两个所述阳极探针分别贯穿所述中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层的上表面接触形成两个肖特基接触；两个所述肖特基接触的阴极通过中间台面的缓冲层连接；两个所述肖特基接触的阳极分别通过两个所述阳极桥指引至左侧台面和右侧台面；并分别贯穿左侧台面和右侧台面的钝化层、外延层，与左侧台面和右侧台面的缓冲层接触形成两个阳极接触。形成由两个肖特基接触以背靠背的方式反向串联连接的双势垒肖特基二极管，其等效电路如图3所示。所述肖特基接触的阳极为阳极探针，阴极为接触所在位置的外延层下表面。
其中，如图2所示，所述缓冲层为重掺杂的砷化镓(n++GaAs)。所述外延层为轻掺杂的砷化镓(n-GaAs)。所述半绝缘衬底的材料为砷化镓(GaAs)。所述阳极桥指为空气桥结构，即其下面的钝化层、外延层和缓冲层被刻蚀掉。其中，重掺杂的掺杂浓度为5*1018cm-3量级，轻掺杂的掺杂浓度为2*1017cm-3量级。
一种双势垒肖特基二极管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在半绝缘衬底上依次生长缓冲层、外延层和钝化层；
对缓冲层进行重掺杂，对外延层进行轻掺杂；
对所述缓冲层、所述外延层和所述钝化层进行刻蚀，形成相互独立的左侧台面、中间台面和右侧台面；
将两个阳极探针的一端分别贯穿中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层接触形成两个肖特基接触；
将两个所述阳极探针的另一端分别通过两个阳极桥指引至左侧台面和右侧台面，并分别贯穿左侧台面和右侧台面的钝化层、外延层，与左侧台面和右侧台面的缓冲层接触形成两个阳极接触。
本发明利用肖特基接触和缓冲层的传导特性来实现对称的C-V特性，形成一种适合于高次倍频的新型器件，而且本法明与普通的平面肖特基二极管工艺(如图2和图4所示)是兼容的，即从下至上依次为衬底、缓冲层、外延层、钝化层、阳极桥指等。本发明的主要内容如下：
1)在中间台面上形成两个背靠背的阳极探针；
2)阳极探针贯穿钝化层至外延层，与外延层上表面接触形成肖特基接触；
3)两个肖特基接触的阴极通过缓冲层连接；
4)阳极探针通过空气桥阳极桥指分别引至左右侧台面；
本发明提供了一种双势垒二极管结构，将两个肖特基接触背靠背制作于中间台面，肖特基接触的阴极通过缓冲层连接，阳极通过阳极桥指引出，从而实现反向串联的二极管拓扑结构。
本发明的有益效果是利用缓冲层的导电特性以及阳极背靠背的结构从器件层面实现了反向串联型的双势垒二极管结构，如图3所示。图5给出了本发明的双势垒二极管的C-V(电容Capacitance(单位C)-偏压Bias(单位V))特性曲线和I-V(电流Current(单位I)-偏压Bias(单位V))特性曲线。本发明的双势垒二极管用作倍频器时，输出只有奇次谐波而没有偶次谐波。而且，由于两个肖特基势垒的阴极直接通过缓冲层相连，消除了欧姆接触，可以降低器件的串联电阻，提高倍频效率；同时也简化了制作的工艺过程，减小了二极管核心区域的面积，有利于制作多指结构以增大功率容量。本发明结构简单，并且与普通的二极管工艺完全兼容，有助于简化倍频器的设计，在太赫兹频段高次倍频器的设计中具有很好的实用性。
本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及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的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基二极管包括半绝缘衬底、半绝缘衬底上生长刻蚀形成的左侧台面、中间台面和右侧台面、两个阳极探针及两个阳极桥指；
两个所述阳极探针分别垂直向下贯穿所述中间台面的钝化层，并分别与中间台面的外延层的上表面接触形成两个肖特基接触；两个所述肖特基接触的阴极通过中间台面的缓冲层连接；两个所述肖特基接触的阳极分别通过两个所述阳极桥指引至左侧台面和右侧台面，并分别贯穿左侧台面和右侧台面的钝化层、外延层，与左侧台面和右侧台面的缓冲层接触形成两个阳极接触；所述肖特基接触的阳极为阳极探针，阴极为肖特基接触所在位置的外延层的下表面。
2.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述左侧台面、所述中间台面和所述右侧台面均由下往上依次包括缓冲层、外延层和钝化层。
3.根据权利要求2所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述缓冲层为重掺杂的砷化镓。
4.根据权利要求2所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述外延层为轻掺杂的砷化镓。
5.根据权利要求2所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述钝化层的材料为二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述半绝缘衬底的材料为砷化镓。
7.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管，其特征在于，所述阳极桥指为空气桥结构。
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