CN203351610U - 基于调制掺杂的GaN肖特基二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，属于半导体器件领域。本实用新型包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层、在衬底层上生长的高掺杂的N+型GaN层，以及在N+型GaN层上采用调制掺杂生长的N-型GaN层；N-型GaN层的掺杂浓度从N+型GaN层的界面处开始非均匀分布；在N+型GaN层上生长欧姆接触电极；在N-型GaN层上生长有肖特基接触电极。本实用新型利用调制掺杂方式在N+型GaN层上生长N-型GaN层，提高了GaN材料的迁移率，改善了材料中电子浓度分布，减小了二极管的肖特基结电容，提高了其工作频率，进而提高了毫米波和太赫兹范围内倍频电路的工作频率和输出功率；通过控制调制掺杂可以有效控制肖特基二极管的变容比，提高器件的Q值。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体器件领域。
背景技术
以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基变容二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点，国内的研究还停留在很低的频率段。
由于GaN材料的电子迁移率相比GaAs比较低，基于GaN材料制备的肖特基二极管的串联电阻很大，使得器件的截止频率和工作频率很难达到GaAs基器件的水平。另外，GaN材料的湿法腐蚀工艺还不成熟，一般采用干法刻蚀，再进行平整化工艺，对器件工艺带来了难度。目前采用采用改善欧姆接触工艺和探索新的肖特基接触金属来提高器件的工作频率，国际上工作频率最高已经达到了100GHz。若要进一步提高器件的工作频率需要从材料和器件结构入手，提高GaN材料的迁移率，采用GaAs常用的平面型结构，来达到更高的工作频率。
采用调制掺杂的方法可以改变电子浓度的分布，改善肖特基二极管的变容比，降低肖特基结电容的优势。但是国内外都没有开展调制掺杂GaN材料的肖特基二极管的工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，本实用新型N-型GaN层和N+型GaN层竖直生长，且N-型GaN层采用调制掺杂方式生长，可提高GaN肖特基变容二极管的变容比，降低结电容，提高毫米波和太赫兹范围内倍频电路的工作频率和输出功率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层、在所述衬底层上生长的高掺杂的N+型GaN层，以及在所述N+型GaN层上采用调制掺杂生长的N-型GaN层，N-型GaN层的掺杂浓度从N+型GaN层的界面处开始为非均匀分布；在所述的N+型GaN层上生长欧姆接触电极；在所述的N-型GaN层上生长有肖特基接触电极。
所述N-型GaN层的掺杂浓度的变化方式为自上而下递增、自上而下递减、指数分布或者高斯分布。
所述N-型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
所述衬底层包括蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。
所述N+型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为1016/cm3到1019/cm3。
采用上述技术方案取得的技术进步为：
1、本实用新型利用调制掺杂方式在N+型GaN层上生长N-型GaN层，提高了GaN材料的电子迁移率，改善了材料中电子浓度分布，减小了二极管的肖特基结电容，提高了其工作频率；
2、通过控制调制掺杂可以有效控制肖特基二极管的变容比，进而提高器件的Q值，并提高器件的倍频效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中，101、衬底层，102、N+型GaN层，103、N-型GaN层，104、欧姆接触电极，105、肖特基接触电极。
具体实施方式
由图1所示可知，基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层101、在所述衬底层101上生长的高掺杂的N+型GaN层102，以及在所述N+型GaN层102上采用调制掺杂生长的N-型GaN层103；所述N-型GaN层103的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间；所述N-型GaN层103的掺杂浓度的变化方式为自上而下递增或自上而下递减。
所述N+型GaN层102的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为1016/cm3到1019/cm3。
在所述N+型GaN层102上生长有欧姆接触电极104，欧姆接触电极104分为两部分，对称设于N+型GaN层102的两端部，欧姆接触电极104与N+型GaN层102之间面接触。在所述N-型GaN层103上生长有肖特基接触电极105，肖特基接触电极105与N-型GaN层103面接触。
本实施例中衬底层101为蓝宝石衬底层；所述欧姆接触电极104由蒸发金属层通过高温快速退火形成，此蒸发金属层由依次沉积的钛、铝、镍、金形成；所述肖特基接触电极105由钛、铂、金依次沉淀的蒸发金属层形成。
该肖特基二极管的制作步骤为：
1、准备半绝缘的衬底层101；
2、在衬底层101上外延生长高掺杂的N+型GaN层102，掺杂元素为Ⅳ族元素，如Si元素，掺杂浓度控制在1016/cm3到1019/cm3之间；
3、在N+型GaN层102上采用极化掺杂方法外延生长N-型GaN层103，此N-型GaN层103的掺杂元素为Ⅳ族元素，其掺杂浓度自上而下依次递增或递减，但是掺杂浓度控制在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间；
4、用湿法腐蚀或干法刻蚀工艺去掉N-型GaN层103两端的部分，露出N+型GaN层102，在N-型GaN层103和N+型GaN层102之间形成台阶，在裸露的N+型GaN层102上采用电子束蒸发方法蒸发金属层制成欧姆接触电极104，具体为依次沉淀的钛、铝、镍、金，并用快速退火炉在800度到900度下进行合金，以降低欧姆接触电极104的电阻率；
5. 用光刻的方法露出N-型GaN层103，用电子束蒸发方法蒸发金属，具体为钛、铂、金，在极化掺杂的N-型GaN层103表面形成肖特基接触电极105。
实施例2
与实施例1不同的是，所述N-型GaN层103从N+型GaN层102的界面处开始采用渐变掺杂方法非线性生长，掺杂浓度的变化方式服从高斯分布或指数分布也可以为其他非线性分布，如t分布,Γ分布等。
本实施例中衬底层101为 SiC还可以为Si等其他半导体材料。
本实用新型利用调制掺杂方式在N+型GaN层上生长N-型GaN层，改善了材料中电子浓度分布，提高了GaN材料的迁移率，减小了二极管的肖特基结电容，提高了其工作频率，进而提高了毫米波和太赫兹范围内倍频电路的工作频率和输出功率；通过控制调制掺杂可以有效控制肖特基二极管的变容比，提高器件的Q值，进而提高器件的倍频效率。
本文件仅介绍了具有此类结构的基础二极管的结构，对欧姆接触电极和肖特基接触电极的设置位置进行了介绍，本领域技术人员可以根据本实用新型的结构延伸出各种形式的器件。
Claims (5)
1.一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，其特征在于包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层（101）、在所述衬底层（101）上生长的高掺杂的N+型GaN层（102），以及在所述N+型GaN层（102）上采用调制掺杂生长的N-型GaN层（103），N-型GaN层（103）的掺杂浓度从N+型GaN层（102）的界面处开始为非均匀分布；在所述的N+型GaN层（102）上生长欧姆接触电极（104）；在所述的N-型GaN层（103）上生长有肖特基接触电极（105）。
2.根据权利要求1所述的基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，其特征在于所述N-型GaN层（103）的掺杂浓度的变化方式为自上而下递增、自上而下递减、指数分布或者高斯分布。
3.根据权利要求1或2所述的基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，其特征在于所述N-型GaN层（103）的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
4.根据权利要求1所述的基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，其特征在于所述衬底层（101）包括蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。
5.根据权利要求1所述的基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，其特征在于所述N+型GaN层（102）的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为1016cm-3到1019cm-3。
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| CN 201320462832 CN203351610U (zh) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 基于调制掺杂的GaN肖特基二极管 |
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Cited By (1)
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2013
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| CN103400866A (zh) * | 2013-07-31 | 2013-11-20 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于调制掺杂的GaN肖特基二极管 |
| CN103400866B (zh) * | 2013-07-31 | 2016-12-28 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于调制掺杂的GaN肖特基二极管 |
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