应用于太赫兹频段的GaN肖特基二极管及其制备方法

本发明属于射频半导体器件领域，具体涉及一种应用于太赫兹频段的gan肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

1、随着半导体功率器件领域的不断发展，应用于功率器件的材料从第一代的si材料到第二代的gaas材料，都使得功率器件的性能发生了根本性质的变化。但是到目前为止，传统两代材料制作的半导体功率器件性能已经接近了由材料性质决定的理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率，以gan为代表的宽禁带半导体材料，凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和较高的电子饱和漂移速度，以及化学性能稳定、耐高温、抗辐射等优异的物理、化学性质，在制备高温、抗辐射、高工作频率和大功率器件方面脱颖而出，并且在航空航天、雷达、通信等领域得到了广泛应用。

2、尽管gan基器件在射频、微波毫米波等领域实现了广泛、良好的应用，但随着人们对太赫兹领域的不断探索，现有gan基器件的性能已经不能满足太赫兹频段下的应用，因此对应用于太赫兹频段下的gan基器件提出了更高的要求，特别是对截止频率和johnson品质因数提出了更高的要求，对于工作在太赫兹频段的gan肖特基二极管来说也不例外。

3、现有技术中，公开号为cn111739931a的专利申请中提出了一种再生长gan肖特基二极管，然而由于该gan肖特基二极管的截止频率受限，因此仅适用于微波毫米波段，无法应用于太赫兹频段。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种应用于太赫兹频段的gan肖特基二极管及其制备方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、一种应用于太赫兹频段的gan肖特基二极管，包括：

4、衬底；

5、缓冲层，叠加在所述衬底之上；

6、n+gan层，叠加在所述缓冲层之上；

7、空气槽，通过刻蚀所述缓冲层和所述n+gan层形成；

8、渐变n-gan漂移层，叠加在所述空气槽的第一侧暴露出的n+gan层上；所述渐变n-gan漂移层的掺杂浓度由下至上逐渐降低；

9、阳极电极，制备在所述渐变n-gan漂移层上；

10、阴极电极，制备在所述空气槽的第一侧暴露出的n+gan层上，且与所述渐变n-gan漂移层和所述阳极电极隔开；

11、金属桥接结构，一端搭接在所述阳极电极上，另一端搭接在所述空气槽的第二侧暴露出的n+gan层上，以在所述gan肖特基二极管中形成空气桥。

12、优选地，所述渐变n-gan漂移层的厚度为0.1μm～1μm。

13、优选地，所述渐变n-gan漂移层的上表面掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3，下表面掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3。

14、优选地，所述n+gan层的厚度为0.5μm～3μm，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。

15、优选地，所述金属桥接结构的桥梁与所述渐变n-gan漂移层之间的空气间隙为1μm～20μm。

16、优选地，所述衬底包括：aln衬底、sic衬底、si衬底、gan衬底、gao衬底、蓝宝石衬底或金刚石衬底。

17、本发明还提供了一种应用于太赫兹频段的gan肖特基二极管的制备方法，包括：

18、步骤一、在衬底上依次淀积缓冲层和n+gan层；

19、步骤二、在所述n+gan层上淀积渐变n-gan漂移层；其中，通过控制掺杂源的气体流量逐渐减小，使得所生长的n-gan材料的掺杂浓度逐渐降低；

20、步骤三、对所述渐变n-gan漂移层进行选择性刻蚀，仅保留中间部分，两侧被刻蚀的区域暴露出n+gan层；

21、步骤四、在一侧暴露出的n+gan层上制备阴极电极；

22、步骤五、在剩余的渐变n-gan漂移层上制备阳极电极；

23、步骤六、对另一侧暴露出的n+gan层进行选择性刻蚀，形成空气槽；其中，所述渐变n-gan漂移层、所述阴极电极以及所述阳极电极均位于所述空气槽的第一侧；

24、步骤七、在所述空气槽内及其上部空间填充光刻胶，填充高度不低于所述阳极电极的上表面；

25、步骤八、在所述光刻胶的支撑下制备金属桥接结构，使得所述金属桥接结构一端搭接在所述阳极电极上，另一端搭接在所述空气槽的第二侧暴露出的n+gan层上；

26、步骤九、去除所述光刻胶，在所述gan肖特基二极管中形成空气桥。

27、优选地，通过控制掺杂源的气体流量逐渐减小，使得所生长的n-gan材料的掺杂浓度逐渐降低，包括：

28、控制掺杂源的初始气体流量，使得最先生长的一层n-gan材料的掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3；

29、在所述初始气体流量的基础上逐步降低掺杂源的气体流量，使得所生长的n-gan材料的掺杂浓度逐渐降低；

30、控制掺杂源的最终气体流量，使得最后生长的一层n-gan材料的掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3。

31、优选地，所述渐变n-gan漂移层的厚度为0.1μm～1μm。

32、优选地，在步骤一之前，所述制备方法还包括：对衬底表面进行消除悬挂键的预处理。

33、本发明提供的应用于太赫兹频段的gan肖特基二极管中，n-gan层是一种渐变n-gan漂移层，该渐变n-gan漂移层的掺杂浓度由下至上逐渐降低；由此渐变n-gan漂移层的上表面是低掺杂的，可以有效减小gan肖特基二极管中的空气桥与渐变n-gan漂移层之间的寄生电容，从而有效降低gan肖特基二极管的总电容，相应的提高gan肖特基二极管的截止频率。

34、并且，由于渐变n-gan漂移层的上表面是低掺杂的，因此可以扩展gan肖特基二极管的耗尽区宽度，降低其结电容，进一步降低gan肖特基二极管的总电容，提高gan肖特基二极管的截止频率。

35、进一步的，由于渐变n-gan漂移层的掺杂浓度由下至上逐渐降低，因此该渐变n-gan漂移层的下表面是高掺杂的，这样可以增加gan肖特基二极管的载流子浓度，从而降低gan肖特基二极管的电阻，更进一步提高了gan肖特基二极管的截止频率。

36、此外，渐变n-gan漂移层的上表面低掺杂还可以缓解电场，降低电子的隧穿几率，从而降低漏电，提高gan肖特基二极管的击穿电压。

37、综上可见，本发明通过在gan肖特基二极管中设置渐变n-gan漂移层，可以有效地降低gan肖特基二极管结电容、寄生电容以及串联电阻，从而从多个方面有效地提升了gan肖特基二极管的截止频率，使得该gan肖特基二极管能够应用于太赫兹频段。同时，该渐变n-gan漂移层还可以提高gan肖特基二极管的击穿电压，从而使该gan肖特基二极管同时实现了高截止频率和高击穿电压，最终实现高的johnson品质因数。

38、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。