CN213401214U - 一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器。所述结构自下而上依次为Al衬底、非掺杂AlxGa1‑xN层和非掺杂GaN层，还包括台面隔离凹槽和肖特基接触电极；所述台面隔离凹槽底部位于非掺杂AlxGa1‑xN层，一侧与非掺杂GaN层接触，另一侧与肖特基接触电极接触，所述台面隔离凹槽内表面沉积有一层SiNy钝化层；所述肖特基接触电极底部位于非掺杂AlxGa1‑xN层，一侧与台面隔离凹槽接触，另一侧为整流器的侧面。本实用新型所得整流器既可在室温下生长，降低了能耗，靶材成本低，又能大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型属于整流器技术领域，具体涉及一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器。
背景技术
35GHz毫米波整流器作为空间无线能量传输系统中必不可少的一部分，在卫星系统、航空航天飞行器、家用电器等军事、民用领域都有着广泛的应用。GaN作为第三代半导体，具备击穿电压高、禁带宽度大、导热率高、电子饱和速率高、载流子迁移率高等特点，所以在35GHz毫米波整流器的制备方面有着巨大潜力。在高频下，散热能力对于整流器的性能影响极大。Al的导热系数大，有237W/mK，且与AlGaN/GaN外延层的晶格失配比很小，因此是AlGaN/GaN35GHz毫米波整流器的理想衬底。目前利用PLD法在Al衬底上生长AlGaN大多采用脉冲激光烧蚀GaN靶材，Al衬底受热逸出Al等离子体，进而合成AlGaN；或者直接采用激光烧蚀AlGaN靶材。然而，前者无法在室温下生长，进而限制了AlGaN/GaN异质结的质量，并增大了能耗；而后者由于AlGaN靶材的成本很高，无法做到大规模生产。因此，探索合适的PLD生长方法对于获得高散热能力的AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器来说尤为重要。
实用新型内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本实用新型的目的在于提供一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器。
本实用新型目的通过以下技术方案实现：
一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其结构自下而上依次为Al衬底、非掺杂AlxGa1-xN层和非掺杂GaN层，还包括台面隔离凹槽和肖特基接触电极；所述台面隔离凹槽底部位于非掺杂AlxGa1-xN层，一侧与非掺杂GaN层接触，另一侧与肖特基接触电极接触，所述台面隔离凹槽内表面沉积有一层SiNy钝化层；所述肖特基接触电极底部位于非掺杂AlxGa1- xN层，一侧与台面隔离凹槽接触，另一侧为整流器的侧面，其中x＝0.15～0.2，y＝1.37～1.53。
优选的，所述非掺杂AlxGa1-xN层的厚度为300～320nm，所述非掺杂GaN层的厚度为20～30nm。
优选的，所述台面隔离凹槽深度为245～255nm；所述肖特基接触电极的厚度为190～200nm。
优选的，所述台面隔离凹槽底部长为95～105μm，上部长为145～155μm；所述肖特基接触电极底部长为155～165μm，上部长为115～125μm；所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的长为800μm。
优选的，所述台面隔离凹槽内表面的SiNy钝化层的厚度为8～12nm。
优选的，所述肖特基接触电极的材料为Ni和Au。
优选的，所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器外延片以Al靶材和Ga靶材为原料，利用脉冲激光技术制得。
更优选的，所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器外延片由以下方法制得：室温下，以Al靶材和Ga靶材为原料，利用脉冲激光技术(PLD)在Al衬底上生长非掺杂AlxGa1-xN层，再以Ga靶材为原料，利用PLD在非掺杂AlxGa1-xN层上生长非掺杂GaN层，得到整流器外延片。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：
(1)本实用新型所述Al衬底为高导热衬底，而且AlGaN层直接与Al衬底接触；因此，在应用于高频时，产生的大量的热量可以被快速的散出，因此适合高频应用，并且有利于延长整流器使用寿命。
(2)本实用新型所述整流器通过采用两束脉冲激光分别烧蚀Al靶材和Ga靶材，产生Al等离子体和Ga等离子体，与N等离子体结合生成AlGaN，既可在室温下生长，降低了能耗，靶材成本低，又能大规模生产。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所得整流器芯片的截面示意图；其中1-Al衬底，2-非掺杂AlxGa1-xN层，3-非掺杂GaN层，4-SiNy钝化层，5-台面隔离凹槽，6-肖特基接触电极。
图2为本实用新型实施例1所得整流器的正向J-V曲线。
图3为本实用新型实施例1所得整流器的反向I-V曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的结构如图1所示，其结构自下而上依次为Al衬底(1)、非掺杂AlxGa1-xN层(2)和非掺杂GaN层(3)，还包括台面隔离凹槽(5)和肖特基接触电极(6)；所述台面隔离凹槽(5)底部位于非掺杂AlxGa1-xN层(2)，一侧与非掺杂GaN层(3)接触，另一侧与肖特基接触电极(6)接触，所述台面隔离凹槽(5)内表面沉积有一层SiNy钝化层(4)；所述肖特基接触电极(6)底部位于非掺杂AlxGa1-xN层(2)，一侧与台面隔离凹槽(5)接触，另一侧为整流器的侧面。
所述非掺杂AlxGa1-xN层(2)厚度为300nm；非掺杂GaN层(3)厚度为20nm；肖特基接触电极(6)的厚度为200nm；台面隔离凹槽(5)的深度为250nm；台面隔离凹槽内沉积SiNy钝化层(4)的厚度为10nm；所述台面隔离凹槽底部长为100μm，上部长为150μm；所述肖特基接触电极底部长为160μm，上部长为120μm；所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的长为800μm。
本实施例的一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的制备方法：
(1)如图1所示，室温下，以Al靶材和Ga靶材为原料，采用PLD在硅衬底上生长整流器外延片，包括利用PLD生长在Al衬底(1)上的非掺杂AlxGa1-xN(x为0.18)层(2)，再以Ga靶材为原料，利用PLD在非掺杂AlxGa1-xN层(2)上生长非掺杂GaN层(3)；所述非掺杂AlxGa1-xN层(2)厚度为300nm；所述非掺杂GaN层(3)厚度为20nm，激光能量为600mJ；
(2)将整流器外延片依次置于丙酮、无水乙醇中超声处理5min，拿出后经去离子水清洗再用氮气吹干；
(3)在清洗后的整流器外延片上旋涂正性光刻胶，型号为AZ5214，光刻胶厚度为0.3μm，将涂有光刻胶的外延片置于热台上预烘45s，随后放入光刻机中进行曝光，曝光时间5s，再将曝光后的外延片浸入显影液中，显影液型号为RZX3038，浸泡时间为60s，使外延片上面的图案显现出来，并用去离子水冲洗外延片并用氮气吹干；最后将外延片置于热台上烘烤坚膜，烘烤时间为45s；
(4)利用反应离子刻蚀法，沿整流器外延片中的肖特基接触电极图案刻蚀出凹槽，凹槽深度为200nm；
(5)将步骤(4)所得刻有肖特基接触电极图案凹槽的整流器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至5×10-5Pa，随后依次蒸镀电极金属Ni/Au；蒸镀结束后，对整流器外延片进行退火，退火温度400℃，退火时间60min，得到肖特基接触电极(6)；
(6)将制备好肖特基接触电极的整流器外延片浸入去胶液中浸泡65min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声5min，拿出后经去离子水冲洗并用氮气吹干；
(7)重复步骤(3)与(4)，在外延片表面光刻显影制备台面隔离图案，并使用反应离子刻蚀设备，台面隔离图案进行刻蚀凹槽，刻蚀深度为250nm，最后用去离子水清洗外延片表面并用氮气吹干，得到台面隔离凹槽(5)；
(8)台面隔离钝化层制作：整流器外延片放入等离子体增强化学气相沉积设备中，仪器升温至400℃，腔体真空度抽至5×10-5Pa，在整流器外延片刻蚀凹槽内沉积SiNy钝化层(y＝1.37～1.53)，沉积时间75min；
(9)将制备好整流器外延片浸入去胶液中浸泡65min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声5min，拿出后经去离子水冲洗并用氮气吹干，去除整流器外延片表面残余SiNy与光刻胶，只保留台面隔离图案刻蚀凹槽内的SiNy(4)，完成AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的制备。
本实施例制得的整流器结构如图1所示。外延片的正向J-V曲线如图2所示，开启电压为0.81V，计算得到比导通电阻RON为9.2mΩ/sq，所以在大功率工作情况下，器件的稳定性与可靠性很好。外延片的反向I-V曲线如图3所示，在-20V的反向偏压下，器件的漏电流为-0.0004A，反向漏电性能很好。同时测得本实施例的缺陷密度约2×108cm-2。
实施例2
本实施例所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的结构如图1所示，其结构自下而上依次为Al衬底(1)、非掺杂AlxGa1-xN层(2)和非掺杂GaN层(3)，还包括台面隔离凹槽(5)和肖特基接触电极(6)；所述台面隔离凹槽(5)底部位于非掺杂AlxGa1-xN层(2)，一侧与非掺杂GaN层(3)接触，另一侧与肖特基接触电极(6)接触，所述台面隔离凹槽(5)内表面沉积有一层SiNy钝化层(4)；所述肖特基接触电极(6)底部位于非掺杂AlxGa1-xN层(2)，一侧与台面隔离凹槽(5)接触，另一侧为整流器的侧面。
所述非掺杂AlxGa1-xN层(2)厚度为320nm；非掺杂GaN层(3)厚度为30nm；肖特基接触电极(6)的厚度为200nm；台面隔离凹槽(5)的深度为250nm；台面隔离凹槽内沉积SiNy钝化层(4)的厚度为10nm；所述台面隔离凹槽底部长为100μm，上部长为150μm；所述肖特基接触电极底部长为160μm，上部长为120μm；所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的长为800μm。
本实施例的AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的制备方法：
(1)如图1所示，室温下，以Al靶材和Ga靶材为原料，采用PLD在硅衬底上生长整流器外延片，包括利用PLD生长在Al衬底(1)上的非掺杂AlxGa1-xN层(x为0.20)(2)，再以Ga靶材为原料，利用PLD在非掺杂AlxGa1-xN层(2)上生长非掺杂GaN层(3)；所述非掺杂AlxGa1-xN层(2)厚度为320nm；所述非掺杂GaN层(3)厚度为30nm，激光能量为600mJ；
(2)将整流器外延片依次置于丙酮、无水乙醇中超声处理5min，拿出后经去离子水清洗再用氮气吹干；
(3)对清洗后的整流器外延片旋涂正性光刻胶，型号为AZ5214，光刻胶厚度为0.3μm，将涂有光刻胶的外延片置于热台上预烘45s，随后放入光刻机中进行曝光，曝光时间5s，再将曝光后的外延片浸入显影液中，显影液型号为RZX3038，浸泡时间为60s，使外延片上面的图案显现出来，并用去离子水冲洗外延片并用氮气吹干；最后将外延片置于热台上烘烤坚膜，烘烤时间为45s；
(4)利用反应离子刻蚀法，沿整流器外延片中的肖特基接触电极图案刻蚀出凹槽，凹槽深度为200nm；
(5)将步骤(4)所得刻有肖特基接触电极图案凹槽的整流器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至5×10-5Pa，随后依次蒸镀电极金属Ni/Au；蒸镀结束后，对整流器外延片进行退火，退火温度400℃，退火时间60min，得到肖特基接触电极(6)；
(6)将制备好肖特基接触电极的整流器外延片浸入去胶液中浸泡65min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声5min，拿出后经去离子水冲洗并用氮气吹干；
(7)重复步骤(3)与(4)，在外延片表面光刻显影制备台面隔离图案，并使用反应离子刻蚀设备，台面隔离图案进行刻蚀凹槽，刻蚀深度为250nm，最后用去离子水清洗外延片表面并用氮气吹干，得到台面隔离凹槽(5)；
(8)台面隔离钝化层制作：整流器外延片放入等离子体增强化学气相沉积设备中，仪器升温至400℃，腔体真空度抽至5×10-5Pa，在整流器外延片刻蚀凹槽内沉积SiNy钝化层(y＝1.37～1.53)，沉积时间75min；
(9)将制备好整流器外延片浸入去胶液中浸泡63min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声5min，拿出后经去离子水冲洗并用氮气吹干，去除整流器外延片表面残余SiNy与光刻胶，只保留台面隔离图案刻蚀凹槽内的SiNy(4)，完成AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的制备。
本实施例制得的整流器外延片的正向J-V曲线的开启电压为0.83V，计算得到比导通电阻RON为9.4mΩ/sq，所以在大功率工作情况下，器件的稳定性与可靠性很好。外延片的反向I-V曲线如图3所示，在-20V的反向偏压下，器件的漏电流为-0.0005A，反向漏电性能很好。同时测得本实施例的缺陷密度约3.5×108cm-2。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，其结构自下而上依次为Al衬底、非掺杂AlxGa1-xN层和非掺杂GaN层，还包括台面隔离凹槽和肖特基接触电极；所述台面隔离凹槽底部位于非掺杂AlxGa1-xN层，一侧与非掺杂GaN层接触，另一侧与肖特基接触电极接触，所述台面隔离凹槽内表面沉积有一层SiNy钝化层；所述肖特基接触电极底部位于非掺杂AlxGa1-xN层，一侧与台面隔离凹槽接触，另一侧为整流器的侧面，其中x＝0.15～0.2，y＝1.37～1.53。
2.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述非掺杂AlxGa1-xN层的厚度为300～320nm。
3.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述非掺杂GaN层的厚度为20～30nm。
4.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述台面隔离凹槽深度为245～255nm。
5.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述肖特基接触电极的厚度为190～200nm。
6.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述台面隔离凹槽内表面的SiNy钝化层的厚度为8～12nm。
7.根据权利要求1所述一种AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器，其特征在于，所述台面隔离凹槽底部长为95～105μm，上部长为145～155μm；所述肖特基接触电极底部长为155～165μm，上部长为115～125μm；所述AlGaN/GaN基35GHz毫米波整流器的长为800μm。
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