CN204596797U - 可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，涉及二极管技术领域。所述二极管包括位于衬底上的第一金属电极组件、第二金属电极组件、第一二极管组件和第二二极管组件，所述二极管通过将一端的金属电极组件分成两个小的分电极组件，可以在两个小的分电极组件上引入直流馈电，增加直流偏置，可选择偏置使二极管工作在变容管状态或变阻管状态，工作在容性状态，可以获得较好的倍频效率，工作在阻性状态，可以获得较大的工作带宽。

Description

可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管

技术领域

本实用新型涉及二极管技术领域，尤其涉及一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管。

背景技术

太赫兹（THz）波是指频率在 0.3-3THz范围内的电磁波，广义的太赫兹波频率范围是100GHz-10THz，其中 1THz=1000GHz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。

在THz频率低端范围内，通常采用半导体器件倍频方法获得固态源。该方法是将毫米波通过非线性半导体器件倍频至THz频段，具有结构紧凑、易于调节、寿命长，波形可控，常温工作等优点。目前短波长亚毫米波、THz固态源主要依靠倍频的方式获得。利用肖特基二极管器件实现高效倍频不仅电路结构简单、倍频效率较高，还兼有振荡源具有的较高输出功率、倍频放大链高频率稳定度、低相位噪声的优点；同时肖特基二极管器件可稳定工作于30GHz-3000GHz整个毫米波及亚毫米波频段。目前先进的变容二极管（RAL和VDI等研究机构生产）已经可以工作于3.1THz，具有良好的连续波功率和效率。因此肖特基二极管高效倍频技术非常适于高性能的毫米波、亚毫米波、THz系统，是一种极具研究、应用价值的THz频率源技术。由于具有极小的结电容和串联电阻，高的电子漂移速度，平面GaAs肖特基二极管已经在THz频段上得到了广泛的应用，是THz技术领域中核心的固态电子器件。

对于太赫兹频段，目前频率源拓展的主要方式是通过GaAs基肖特基二极管实现二倍频和三倍频，二倍频相对于三倍频来讲，其效率一般高于后者，输出频率是输入基波频率的二倍，而三倍频的输出频率是输入基波的三倍，三倍频相对于二倍频，频率提升更快。目前常用的三倍频二极管大多是多个管芯串联在一起，在一条直线上，目的是为了增加功率容量，同时肖特基二极管直接焊接在金属腔体之上。但是实际上，反向并联的肖特基二极管，也就是目前常用于混频器的混频二极管结构形式，在用于三倍频的时候，可以有效抑制二次谐波，提高三次倍频的效率。如果再多制作几个阳极结，则可以提升肖特基二极管的耐功率性能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，所述二极管通过将一端的金属电极组件分成两个小的分电极组件，可以在两个小的分电极组件上引入直流馈电，增加直流偏置，可选择偏置使二极管工作在变容管状态或变阻管状态，工作在容性状态，可以获得较好的倍频效率，工作在阻性状态，可以获得较大的工作带宽。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述二极管包括位于衬底上的第一金属电极组件、第二金属电极组件、第一二极管组件和第二二极管组件，所述第一二极管组件和第二二极管组件位于第一金属电极组件和第二金属电极组件之间，所述第一金属电极组件和第二金属电极组件从下到上为第一重掺杂GaAs层、第一低掺杂GaAs、第一二氧化硅层和第一金属电极层，所述第一金属电极层内嵌于所述第一重掺杂GaAs层、第一低掺杂GaAs层和第一二氧化硅层，且第一金属电极层上表面的高度大于第一二氧化硅层上表面的高度，第一肖特基接触金属层内嵌于所述第一二氧化硅层，且第一肖特基接触金属层与第一低掺杂GaAs层相接触；所述第一二极管组件和第二二极管组件从下到上为第二重掺杂GaAs层、第二低掺杂GaAs、第二二氧化硅层和第二金属电极层，所述第二金属电极层内嵌于所述第二重掺杂GaAs层、第二低掺杂GaAs层和第二二氧化硅层，且第二金属电极层上表面的高度大于第二二氧化硅层上表面的高度，第二肖特基接触金属层内嵌于所述第二二氧化硅层，且第二肖特基接触金属层与第二低掺杂GaAs层相接触；

其特征在于：所述第二金属电极组件沿左右方向被分割成两个分电极组件，所述第一金属电极组件上的第一金属电极层通过金属空气桥与第一二极管组件上的第二肖特基接触金属层连接，所述第一二极管组件上的第二金属电极层与第一分电极组件上的第一肖特基接触金属层通过金属空气桥连接，第二分电极组件上的第一金属电极层通过金属空气桥与第二二极管组件上的第二肖特基接触金属层连接，所述第二二极管组件上的第二金属电极层通过金属空气桥与第一金属电极组件上的第一肖特基接触金属层连接。

进一步的技术方案在于：所述第一重掺杂GaAs层和第二重掺杂GaAs层的四周设有钝化层，所述钝化层的高度低于第一和第二重掺杂GaAs层的高度。

进一步的技术方案在于：所述第一金属电极层和第二金属电极层包括位于下层的欧姆接触层和位于上层的金属加厚层。

进一步的技术方案在于：所述欧姆接触层为多层结构，自下到上为Ni层、Au层、Ge层、Ni层、Au层。

进一步的技术方案在于：所述第一肖特基接触金属层和第二肖特基接触金属层为多层结构，自下到上为Ti层、Pt层、Au层。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本三倍频肖特基二极管采用类似混频二极管的形式，实际上用于制作三倍频器，同时采用双管串联再反向并联的形式。由于将一端的金属电极组件分成两个小的分电极组件，可以在两个小的分电极组件上引入直流馈电，增加直流偏置，可选择偏置使二极管工作在变容管状态或变阻管状态，工作在容性状态，可以获得较好的倍频效率，工作在阻性状态，可以获得较大的工作带宽。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的俯视结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视结构示意图；

其中：1、衬底 2、第一金属电极组件 3、第二金属电极组件 31、第一分电极组件 32、第二分电极组件 4、第一二极管组件 5、第二二极管组件 6、第一重掺杂GaAs层 7、第一低掺杂GaAs 8、第一二氧化硅层 9、第一金属电极层 10、第一肖特基接触金属层 11、第二重掺杂GaAs层 12、第二低掺杂GaAs 13、第二二氧化硅层 14、第二金属电极层 15、第二肖特基接触金属层 16、金属空气桥 17、钝化层 18、欧姆接触层 19、金属加厚层。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1和2所示，本实用新型公开了一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，所述二极管包括位于衬底1上的第一金属电极组件2、第二金属电极组件3、第一二极管组件4和第二二极管组件5，所述第一二极管组件4和第二二极管组件5位于第一金属电极组件2和第二金属电极组件3之间，第一二极管组件4和第二二极管组件5也是间隔设置。所述第一金属电极组件2和第二金属电极组件3从下到上为第一重掺杂GaAs层6、第一低掺杂GaAs7、第一二氧化硅层8和第一金属电极层9；所述第一金属电极层9内嵌于所述第一重掺杂GaAs层6、第一低掺杂GaAs层7和第一二氧化硅层8，且第一金属电极层9上表面的高度大于第一二氧化硅层8上表面的高度，第一肖特基接触金属层10内嵌于所述第一二氧化硅层8，且第一肖特基接触金属层10与第一低掺杂GaAs层7相接触。

如图1-2所示，所述第二金属电极组件3沿左右方向被分割成两个分电极组件，所述第一金属电极组件2上的第一金属电极层9通过金属空气桥16与第一二极管组件4上的第二肖特基接触金属层15连接，所述第一二极管组件4上的第二金属电极层14与第一分电极组件31上的第一肖特基接触金属层10通过金属空气桥16连接，第二分电极组件32上的第一金属电极层9通过金属空气桥16与第二二极管组件5上的第二肖特基接触金属层15连接，所述第二二极管组件5上的第二金属电极层14通过金属空气桥16与第一金属电极组件2上的第一肖特基接触金属层10连接。

所述第一重掺杂GaAs层6和第二重掺杂GaAs层11的四周设有钝化层17，所述钝化层17的高度低于第一和第二重掺杂GaAs层的高度。所述第一金属电极层9和第二金属电极层14包括位于下层的欧姆接触层18和位于上层的金属加厚层19。所述欧姆接触层18为多层结构，自下到上为Ni层、Au层、Ge层、Ni层、Au层。所述第一肖特基接触金属层10和第二肖特基接触金属层15为多层结构，自下到上为Ti层、Pt层、Au层。

低掺杂GaAs层和重掺杂GaAs层的掺杂元素为Ⅳ族元素，重掺杂GaAs掺杂浓度一般为10¹⁸cm^-3量级，低掺杂GaAs，浓度为1×10¹⁶ cm^-3到5×10¹⁷cm^-3。

所述第一金属电极组件2上的第一金属电极层9通过金属空气桥16与第一二极管组件4上的第二肖特基接触金属层15连接，所述第一二极管组件4上的第二金属电极层14与第二金属电极组件3上的第一肖特基接触金属层10通过金属空气桥16连接，所述第二金属电极组件3上的第一金属电极层9通过金属空气桥16与第二二极管组件5上的第二肖特基接触金属层15连接，所述第二二极管组件5上的第二金属电极层14通过金属空气桥16与第一金属电极组件2上的第一肖特基接触金属层10连接。

本实用新型所述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（金属空气桥）连接以及隔离槽腐蚀，制作钝化层。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。

本三倍频肖特基二极管采用类似混频二极管的形式，实际上用于制作三倍频器，同时采用双管串联再反向并联的形式。由于将一端的金属电极组件分成两个小的分电极组件，可以在两个小的分电极组件上引入直流馈电，增加直流偏置，可选择偏置使二极管工作在变容管状态或变阻管状态，工作在容性状态，可以获得较好的倍频效率，工作在阻性状态，可以获得较大的工作带宽。

Claims (5)

1.一种可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，所述二极管包括位于衬底（1）上的第一金属电极组件（2）、第二金属电极组件（3）、第一二极管组件（4）和第二二极管组件（5），所述第一二极管组件（4）和第二二极管组件（5）位于第一金属电极组件（2）和第二金属电极组件（3）之间，所述第一金属电极组件（2）和第二金属电极组件（3）从下到上为第一重掺杂GaAs层（6）、第一低掺杂GaAs（7）、第一二氧化硅层（8）和第一金属电极层（9），所述第一金属电极层（9）内嵌于所述第一重掺杂GaAs层（6）、第一低掺杂GaAs层（7）和第一二氧化硅层（8），且第一金属电极层（9）上表面的高度大于第一二氧化硅层（8）上表面的高度，第一肖特基接触金属层（10）内嵌于所述第一二氧化硅层（8），且第一肖特基接触金属层（10）与第一低掺杂GaAs层（7）相接触；所述第一二极管组件（4）和第二二极管组件（5）从下到上为第二重掺杂GaAs层（11）、第二低掺杂GaAs（12）、第二二氧化硅层（13）和第二金属电极层（14），所述第二金属电极层（14）内嵌于所述第二重掺杂GaAs层（11）、第二低掺杂GaAs层（12）和第二二氧化硅层（13），且第二金属电极层（14）上表面的高度大于第二二氧化硅层（13）上表面的高度，第二肖特基接触金属层（15）内嵌于所述第二二氧化硅层（13），且第二肖特基接触金属层（15）与第二低掺杂GaAs层（12）相接触；

其特征在于：所述第二金属电极组件（3）沿左右方向被分割成两个分电极组件，所述第一金属电极组件（2）上的第一金属电极层（9）通过金属空气桥（16）与第一二极管组件（4）上的第二肖特基接触金属层（15）连接，所述第一二极管组件（4）上的第二金属电极层（14）与第一分电极组件（31）上的第一肖特基接触金属层（10）通过金属空气桥（16）连接，第二分电极组件（32）上的第一金属电极层（9）通过金属空气桥（16）与第二二极管组件（5）上的第二肖特基接触金属层（15）连接，所述第二二极管组件（5）上的第二金属电极层（14）通过金属空气桥（16）与第一金属电极组件（2）上的第一肖特基接触金属层（10）连接。

2.根据权利要求1所述的可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述第一重掺杂GaAs层（6）和第二重掺杂GaAs层（11）的四周设有钝化层（17），所述钝化层（17）的高度低于第一和第二重掺杂GaAs层的高度。

3.根据权利要求1所述的可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述第一金属电极层（9）和第二金属电极层（14）包括位于下层的欧姆接触层（18）和位于上层的金属加厚层（19）。

4.根据权利要求3所述的可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述欧姆接触层（18）为多层结构，自下到上为Ni层、Au层、Ge层、Ni层、Au层。

5.根据权利要求1所述的可偏置类混频GaAs基太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述第一肖特基接触金属层（10）和第二肖特基接触金属层（15）为多层结构，自下到上为Ti层、Pt层、Au层。