一种产生负微分电阻的共振隧穿二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子元件技术领域，尤其涉及一种GaN基共振隧穿二极管器件，可应用于产生太赫兹振荡信号。
【背景技术】
[0002]太赫兹频段在超高速无线通信技术和光谱成像技术中有广泛应用前景而受到科学界的重视。为了实现这些应用，微小而连续的太赫兹源是关键技术所在。作为太赫兹发射源电学器件之一，共振隧穿二极管(RTD) —直以来都是研究焦点。GaAs基RTD在太赫兹应用研究领域出现了瓶颈，例如:更高频率限制、输出功率和工作温度。
[0003]GaN基RTD因为GaN材料具有高迀移率、温度稳定性和宽禁带宽度特性，有望设计出室温下高功率太赫兹源，受到越来越多的关注。目前研究的GaN基共振隧穿二极管结构的理论分析和实际器件测试表明R=_67欧，CPVR:1.08、输出功率0.53mff的GaN基RTD。
[0004]AlGaN和GaN异质结构界面由于晶格缺陷产生极化电荷，形成二维电子气。在发明中采用了阶梯异质结构隔离区，通过二维电子气提高载流子迀移率，增加了发射区载流子注入效率；同时减少了集电区耗尽电场，从而降低了共振隧穿二极管中载流子输运时间。理论分析表明该器件获得了负微分阻，且在该区域内有较大输出电流和电流、电压的变化范围，可提高输出功率到W级。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有研究结果中器件结构的不足，提出一种具有较大输出电流，产生负微分电阻的GaN基共振隧穿二极管结构，如图1所示。
[0006]本发明技术的关键是:在现有GaN基共振隧穿二极管结构的基础上，设计阶梯式异质结构作为发射区到量子阱的隔离区。
[0007]本发明GaN基共振隧穿二极管结构中量子阱由Ala2GaasN/GaN/Ala2GaasN双势皇单势阱结构组成，采用低铝组分的AlGaN生长晶格匹配于GaN势阱，从而提高异质结质量，降低极化电场，抑制负微分电阻特性的退化现象。将该量子阱结构夹在lOOnm的η型Α1Ν发射区和lOOnm的η型GaN集电区之间，集电区和发射区是欧姆接触区，采用重掺杂，掺杂浓度为1 X 1019cm 3;在量子阱和发射区之间设计了一层5nm的阶梯异质结的Α1 χ6&1 ΧΝ隔离区，在隔离区中Α1的组分X从靠近发射区端χ=1线形减少到势皇附近的χ=0 ;集电区端隔离层采用GaN，这些区域都不掺杂。图1呈现了带异质结构缓冲区的共振隧穿二极管结构图，图2呈现了该结构的静态导带剖面图。
[0008]本发明对所设计GaN基共振隧穿二极管进行了理论分析，分析过程中对所设计器件采用截面积是6X5um2，电极端接触电阻率设为4.36X 10 3 Ω cm2为了和实际寄生串联电阻一致。理论分析和仿真温度在室温下，所得仿真结果如图3所示，这是目前该器件研究工作报道中所得输出电流最大的负微分电阻区域。
【附图说明】
[0009]图1是带阶梯式隔离区的GaN基共振隧穿二极管有源区结构示意图。
[0010]图2是静态导带剖面图。
[0011]图3是Ι-v特性图。
【主权项】
1.一种产生负微分电阻的共振隧穿二极管中有源区包括了发射区、集电区、量子阱区、阶梯式异质结构发射极隔离区和GaN集电极隔离区。2.根据权利要求书I的有源区分区组成有源区结构:量子阱夹在阶梯式异质结构发射极隔离区和GaN集电极隔离区之间，所得结构又夹在发射区和集电区之间形成整体有源区。3.根据权利要求书2建立新型GaN基共振隧穿二极管理论分析模型结构，该结构自上而下描述如下:器件的发射极电极区、10nm厚度的发射区重掺杂区域、阶梯异质结构所形成 5nm 隔离区、1.5nm 的 Ala2GaasN 势皇、1.5nm 的 GaN 势讲、1.5nm 的 Ala2GaasN 势皇、5nm的GaN隔离区、10nm厚度的集电区重掺杂区域、器件的集电极电极区。4.根据权利要求书2的GaN基共振隧穿二极管有源区结构和权利要求书3的理论分析模型，其特征在于:在量子阱和发射区之间有一层阶梯异质结构的AlxGa1 XN隔离区，在隔离区中Al的组分X从靠近发射区端X=I线形减少到量子阱势皇附近的x=0，理论分析模型中分为了 5层。5.根据权利要求书4的阶梯异质结构的隔离区，其特征在于形成了二维电子气，提高了载流子迀移率、降低集电极耗尽区电场，提高了输出电流，获得了目前该器件研究报道中最大电流的负微分电阻区域。6.根据权利要求书5的理论分析和仿真结果，其特征在于将该器件应用于太赫兹信号源设计中，可产生瓦级输出功率的太赫兹信号。
【专利摘要】本发明公开了一种产生负微分电阻的共振隧穿二极管有源区新型结构，该结构可产生安培级输出电流，应用于太赫兹信号源设计可产生瓦级太赫兹信号输出功率。所发明共振隧穿二极管的有源区中量子阱由AlGaN/GaN/AlGaN双势垒单势阱结构组成；量子阱夹在阶梯异质结构的AlxGa1-xN隔离区和GaN隔离区之间；这三层三明治结构又夹在n型AlN发射区和n型GaN集电区之间。集电区和发射区是欧姆接触区，采用重掺杂，其余区域都不掺杂。发射区和集电区的作用在于形成欧姆接触，和两个电极相连；量子阱区域作用在于形成量子共振隧穿效应，从而获得负微分电阻；阶梯式异质结构的隔离区的作用在于形成二维电子气，降低集电区耗尽电场，提高输出电流。理论分析和仿真温度在室温下（300K）进行获得了目前共振隧穿二极管研究报道中最大电流的负微分电阻区域。
【IPC分类】H01L29/20, H01L29/88
【公开号】CN105355667
【申请号】CN201510694974
【发明人】高博
【申请人】四川大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月26日