CN112289865B - 可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件，属于半导体器件技术领域，包括第一金属电极、和第二金属电极，所述第二金属电极分隔为上分电极和下分电极，第一肖特基结连接在所述第一金属电极和所述上分电极之间，第二肖特基结反向并联在所述第一金属电极和所述下分电极之间。本发明提供的可偏置混频肖特基二极管结构，采用两个肖特基结反向并联的形式，肖特基结一端与同一个金属电极连接，另一端连接两个不相连的金属电极，这样可以对二极管进行偏置，从而降低混频器对本振功率的需求，降低本振源的难度。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，更具体地说，是涉及一种可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.3-3THz范围内的电磁波，介于毫米波和红外光之间。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，具有频率高、带宽宽、安全性好等特点，在安检、通信、雷达、射电天文中有广泛应用。
研究太赫兹电子系统的关键是太赫兹发射与接收技术。而在太赫兹频段，由于缺少相应的低噪声放大器，太赫兹混频器就成为了电子系统接收端的第一级，它的指标直接影响着整个系统的性能。由于同频段高性能本振源实现难度大，采用分谐波混频技术是解决此问题的有效途径。即便如此，在太赫兹高端频段，本振源的输出功率也难以满足混频器的使用要求，技术人员一般采用高次谐波混频器来实现信号的接收，但该技术导致混频器的变频损耗很大，性能受到很大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可偏置混频肖特基二极管结构，旨在解决本振源实现难度大的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种可偏置混频肖特基二极管结构，包括：第一金属电极、和第二金属电极，所述第二金属电极分隔为上分电极和下分电极，第一肖特基结连接在所述第一金属电极和所述上分电极之间，第二肖特基结反向并联在所述第一金属电极和所述下分电极之间。
作为本申请另一实施例，所述肖特基结包括衬底，所述衬底的上表面设有重掺杂GaAs层和钝化层，所述钝化层将所述重掺杂GaAs层分隔开，在所述钝化层上方形成隔离区，所述重掺杂GaAs层分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；所述重掺杂GaAs层靠近所述钝化层一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层，所述低掺杂GaAs层的上表面均设有二氧化硅层，其中一个所述低掺杂GaAs层上还设有肖特基接触金属层，所述二氧化硅层围绕在所述肖特基接触金属层的四周；所述重掺杂GaAs层远离所述钝化层一侧的上表面均设有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的上表面均设有金属加厚层；所述肖特基接触金属层与对面的所述金属加厚层通过空气桥连接。
作为本申请另一实施例，所述肖特基接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
作为本申请另一实施例，所述欧姆接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge金属层、Ni金属层和Au金属层。
作为本申请另一实施例，所述钝化层为氮化硅。
作为本申请另一实施例，所述金属加厚层为Au金属。
作为本申请另一实施例，所述重掺杂GaAs层，掺杂浓度为10^18cm-3量级。
作为本申请另一实施例，所述低掺杂GaAs层，掺杂浓度为1e16cm-3-5e17cm-3。
本发明还提供一种半导体器件，包括所述的可偏置混频肖特基二极管结构。
本发明提供的可偏置混频肖特基二极管结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明可偏置混频肖特基二极管结构，该二极管结构采用两个肖特基结反向并联的形式，肖特基结一端与同一个金属电极连接，另一端连接两个不相连的金属电极，这样可以对二极管进行偏置，从而降低混频器对本振功率的需求，降低本振源的难度。
在太赫兹高端的频段上(例如1-3THz)，相应的倍频器输出功率很小，一般在微瓦量级，其功率不足以驱动较低谐波次数的混频器，所以高频段的混频器以高次谐波(十几到几十不等)混频器为主，其采用较大功率的低频段倍频源作为本振驱动，导致其变频损耗很大，应用效果较差。本发明可偏置混频肖特基二极管结构与传统混频二极管的区别在于可以外加偏置电压，大大降低了混频器对本振驱动功率的要求，可直接采用较高频率的倍频器作为本振源，降低了谐波次数，降低了变频损耗，有效提高混频器的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例提供的可偏置混频肖特基二极管结构的俯视结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖视结构图。
图中：1、衬底；2、重掺杂GaAs层；3、欧姆接触金属层；4、金属加厚层；5、低掺杂GaAs层；6、二氧化硅层；7、肖特基接触金属层；8、空气桥；9、钝化层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的可偏置混频肖特基二极管结构进行说明。所述可偏置混频肖特基二极管结构，包括第一金属电极、和第二金属电极，所述第二金属电极分隔为上分电极和下分电极，第一肖特基结连接在所述第一金属电极和所述上分电极之间，第二肖特基结反向并联在所述第一金属电极和所述下分电极之间。
本发明提供的可偏置混频肖特基二极管结构，与现有技术相比，该二极管结构采用两个肖特基结反向并联的形式，肖特基结一端与同一个金属电极连接，另一端连接两个不相连的金属电极，这样可以对二极管进行偏置，从而降低混频器对本振功率的需求，降低本振源的难度。
在太赫兹高端的频段上(例如1-3THz)，相应的倍频器输出功率很小，一般在微瓦量级，其功率不足以驱动较低谐波次数的混频器，所以高频段的混频器以高次谐波(十几到几十不等)混频器为主，其采用较大功率的低频段倍频源作为本振驱动，导致其变频损耗很大，应用效果较差。本发明可偏置混频肖特基二极管结构与传统混频二极管的区别在于可以外加偏置电压，大大降低了混频器对本振驱动功率的要求，可直接采用较高频率的倍频器作为本振源，降低了谐波次数，降低了变频损耗，有效提高混频器的性能。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述肖特基结包括衬底1，衬底1的上表面设有重掺杂GaAs层2和钝化层9，钝化层9将重掺杂GaAs层2分隔开，在钝化层9上方形成隔离区，重掺杂GaAs层2分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；重掺杂GaAs层2靠近钝化层9一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层5，低掺杂GaAs层5的上表面均设有二氧化硅层6，其中一个低掺杂GaAs层5上还设有肖特基接触金属层7，二氧化硅层6围绕在肖特基接触金属层7的四周；重掺杂GaAs层2远离钝化层9一侧的上表面均设有欧姆接触金属层3，欧姆接触金属层3的上表面均设有金属加厚层4；肖特基接触金属层7与对面的金属加厚层4通过空气桥8连接。
参见图1及图2，第一金属电极为图2中左半部分，对应的为金属加厚层，第二金属电极为图2中右半部分，右半部分的电极分隔开，即为上分电极和下分电极，对应的为金属加厚层。
本发明提供的可偏置混频肖特基二极管结构可通过成熟的肖特基二极管加工工艺实现，目前肖特基二极管的制造技术在国内外均已成熟，包括阴极欧姆接触、阳极肖特基金属蒸发，空气桥8连接以及隔离槽腐蚀，制作钝化层9。正面加工工艺完成后，进行背面的减薄及分片，制作出太赫兹肖特基二极管。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述肖特基接触金属层7为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述欧姆接触金属层3为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge金属层、Ni金属层和Au金属层。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述重掺杂GaAs层2，掺杂浓度为10^18cm-3量级。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述低掺杂GaAs层5，掺杂浓度为1e16cm-3-5e17cm-3。
其中，衬底1采用半绝缘GaAs衬底1，金属加厚层4的金属为Au，钝化层为氮化硅。
本发明还提供一种半导体器件，包括所述的可偏置混频肖特基二极管结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，包括：第一金属电极、和第二金属电极，所述第二金属电极分隔为上分电极和下分电极，第一肖特基结连接在所述第一金属电极和所述上分电极之间，第二肖特基结反向并联在所述第一金属电极和所述下分电极之间；
采用两个肖特基结反向并联的形式，肖特基结一端与同一个金属电极连接，另一端连接两个不相连的金属电极，对二极管进行偏置，降低混频器对本振功率的需求，降低本振源的难度；可直接采用较高频率的倍频器作为本振源，降低了谐波次数，降低了变频损耗，有效提高混频器的性能。
2.如权利要求1所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述肖特基结包括衬底，所述衬底的上表面设有重掺杂GaAs层和钝化层，所述钝化层将所述重掺杂GaAs层分隔开，在所述钝化层上方形成隔离区，所述重掺杂GaAs层分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；
所述重掺杂GaAs层靠近所述钝化层一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层，所述低掺杂GaAs层的上表面均设有二氧化硅层，其中一个所述低掺杂GaAs层上还设有肖特基接触金属层，所述二氧化硅层围绕在所述肖特基接触金属层的四周；
所述重掺杂GaAs层远离所述钝化层一侧的上表面均设有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的上表面均设有金属加厚层；所述肖特基接触金属层与对面的所述金属加厚层通过空气桥连接。
3.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述肖特基接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
4.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述欧姆接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge 金属层、Ni金属层和Au金属层。
5.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述钝化层为氮化硅。
6.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述金属加厚层为Au金属。
7.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述重掺杂GaAs层，掺杂浓度为1e 18cm-3量级。
8.如权利要求2所述的可偏置混频肖特基二极管结构，其特征在于，所述低掺杂GaAs层，掺杂浓度为1e16 cm-3-5e17 cm-3。
9.一种半导体器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的可偏置混频肖特基二极管结构。
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| GR01 | Patent grant | ||
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