一种太赫兹GaN耿氏二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微电子器件技术领域，具体涉及一种太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]相比较传统半导体材料(Si和GaAs)，GaN在频率和输出功率方面拥有优异的性能，GaN基的耿氏二极管已经展现了其在太赫兹领域(I OOGHz?I OTHz)的广阔应用前景。相关理论研究已经预示了亚微米渡越层的GaN耿氏二极管至少可以产生200GHz的振荡频率，并且射频功率密度至少比其他传统ΙΠ-V化合物耿氏二极管高2倍。
[0003]传统的n+/n/n+的耿氏器件结构中，电子必须经过较长一段距离才能获得足够的能量，这就限制了器件的工作频率。近年来国际上提出一个n+/n-/n/n+结构的二极管结构用以代替原先的n+/n/n+二极管结构，这种结构缩短了电子的加速距离，提高了器件的工作频率。其中靠近阴极发射区的η-电子发射层可以是一个同质的电子发射层或者是一个异质的电子发射层，这些结构可以更好地改善发射区的空间电荷扰动从而促进电子畴的形成以及壮大。
[0004]目前η-电子发射层研究主要集中在InAlN/GaN以及AlGaN/GaN异质结构上，其中用In组分为17%的InAlN三元化合物来代替传统的AlGaN，获得的InAlN/GaN异质结构晶格匹配，这样可以避免引入失配位错，从而提高晶体质量。并且InAlN/GaN异质结构的自发极化要比传统的AlGaN/GaN异质结构强很多，这样可以在界面处引入更高的二维电子气(2DEG)密度，因此InAlN/GaN异质结构可以改善器件性能。然而现有技术中的InAlN电子发射层结构都未能很好地解决输出功率密度低，转化效率低，器件功耗大这些问题。
【实用新型内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法。
[0006]为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供的技术方案如下:
[0007]—种太赫兹GaN耿氏二极管，包括由下往上依次设置的阴极4、η型GaN衬底7、n+GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n—GaN渡越层9、n+GaN阳极欧姆接触层2、阳极3，还包括设置在η型GaN衬底7上并包裹在所述n+GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n—GaN渡越层9、n+GaN阳极欧姆接触层2、阳极3外部的SiN钝化层5，所述SiN钝化层5的上部设置有露出所述阳极3的开孔6。
[0008]进一步地，所述n+GaN阴极欧姆接触层I的上端形成有圆形的凸台10，所述凸台10的高度为100?200nm，直径为30?40μηιο
[0009]进一步地，所述n+GaN阴极欧姆接触层I的厚度为I?2μπι，掺杂浓度为I?5X
118Cm-3O
[0010]进一步地，所述InAlN三维结构电子发射层8厚度为200?400nm，采用In组份比为17%的InAlN材料制成。
[0011]进一步地，所述n—GaN渡越层9的厚度为0.5?Ιμπι;掺杂浓度为0.5?1.5 X 117Cnf3。
[0012]进一步地，所述n+GaN阳极欧姆接触层2的厚度为200?500nm;掺杂浓度为I?5 X1018cm-3。
[0013]本实用新型提供的太赫兹GaN耿氏二极管，采用了三维结构的InAlN电子发射层结构，相对于传统二维结构增大了 GaN阴极欧姆接触层和电子发射层有效接触面积，在同等尺寸下显著提升GaN耿式二极管输出功率密度，而且在同等性能下显著提高功率转换效率以及降低器件功耗;采用了 In组份为17%的InAlN材料作为电子发射层，该材料与GaN晶格匹配，可以消除了三维结构的晶格失配现象，避免失配位错的产生;采用了纵向电极结构，和传统的GaAs耿式二极管封装工艺完全兼容，非常适合太赫兹组件在射频谐振腔内进行安装以及调试，可以很好地满足实际应用的需要。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型提供的太赫兹GaN耿氏二极管的剖面结构示意图；
[0015]图2为太赫兹GaN耿氏二极管的InAlN三维结构电子发射层和n+GaN阴极欧姆接触层相结合的结构示意图；
[0016]图3为本实用新型提供的太赫兹GaN耿氏二极管的制作方法工艺流程示意图；
[0017]图中，Ι-n+GaN阴极欧姆接触层，2_n+GaN阳极欧姆接触层，3_阳极，4_阴极，5_SiN钝化层，6-开孔，7-n型GaN衬底，8_ΙηΑ1Ν三维结构电子发射层，9_n—GaN渡越层，10-凸台。
【具体实施方式】
[0018]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0019]如图1所示，一种太赫兹GaN耿氏二极管，包括由下往上依次设置的阴极4、n型GaN衬底7、n+GaN阴极欧姆接触层1、ΙηΑ1Ν三维结构电子发射层8、n—GaN渡越层9、n+GaN阳极欧姆接触层2、阳极3，还包括设置在η型GaN衬底7上并包裹在所述n+GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n—GaN渡越层9、n+GaN阳极欧姆接触层2、阳极3外部的SiN钝化层5，所述SiN钝化层5的上部设置有露出所述阳极3的开孔6。
[0020]η型GaN衬底7作为生长GaN耿氏器件结构层的物理支撑层，不仅与上层的GaN多层结构完美匹配，从而显著提升结晶质量，而且也起到散热的作用，从而避免引入自热效应。
[0021]所述n+GaN阴极欧姆接触层I的上端采用刻蚀技术形成有圆形的凸台10，所述凸台10的高度为100?200nm，直径为30?40μηιο
[0022]所述n+GaN阴极欧姆接触层I的厚度为I?2μπι，掺杂浓度为I?5X 118Cnf3。
[0023]所述InAlN三维结构电子发射层8采用In组份比为17%的InAlN材料制成，厚度为200?400nm。
[0024]所述n—GaN渡越层9的厚度为0.4?Ιμπι，掺杂浓度为0.5?1.5 X 1017cm—3，该掺杂浓度和厚度决定了器件振荡频率。
[0025]所述n+GaN阳极欧姆接触层2的厚度为200?500nm，掺杂浓度为I?5 X 1018cm—3。11+GaN阳极欧姆接触层2的上面是由Ti/Al/Ni/Au多层金属构成的圆形电极，即二极管的阳极
3。在η型GaN衬底7的底面上是由Ti/Al/Ni/Au多层金属构成的衬底电极，即二极管的阴极4。
[0026]如图2所示，n+GaN阴极欧姆接触层I上端的凸台10嵌入在InAlN三维结构电子发射层8中，有效接触面积包括二极管的横截面和凸台10的侧壁面积，而传统的二维结构GaN耿式二极管有效接触面积只有二极管的横截面，因此InAlN三维结构电子发射层8可以显著增大GaN耿式二极管的输出功率密度，而且能在同等性能下显