[发明专利]高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波器件中二极管技术领域，尤其涉及一种高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管及其制作方法。

背景技术

肖特基二极管是贵金属为正极，以N型半导体为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的负极中向浓度低的正极中扩散。随着电子不断从负极扩散到正极，负极表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒。但在该电场作用之下，正极中的电子也会产生从正极向负极的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。

典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较N^-层要高100％倍。在基片下边形成N⁺阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极)时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。

肖特基势垒二极管是微波倍频电路中的常用非线性器件，由于肖特基势垒二极管制备过程简单，结构灵活，所以多用于毫米波、亚毫米波范围内的倍频电路上。

传统的肖特基势垒二极管在N型层采用均匀掺杂，而这种掺杂的肖特基变容二极管的变容比小、非线性弱，严重限制了毫米波、亚毫米波范围内倍频电路的工作频率和输出功率。

发明内容

为改善传统肖特基变容二极管的变容比小、非线性弱的缺陷，进而提高倍频电路的输出功率和工作频率，本发明提供一种高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，该变容二极管在不改变现有的肖特基二极管基本结构的前提下，通过改变其N型层的掺杂浓度，提高了肖特基变容二极管的变容比，进而增强了变容二极管的非线性，提高了毫米波、亚毫米波范围内倍频电路的工作频率和输出功率。本发明提供的技术方案具体如下：

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，包括半导体绝缘砷化镓衬底，在所述半导体绝缘砷化镓衬底上部的高掺杂的N⁺型层，以及在所述N⁺型层上部的N型层；在所述N⁺型层上部生长有欧姆接触下电极以及与所述欧姆接触下电极相连的下电极引线；在所述N型层的上部生长有肖特基接触上电极以及与所述肖特基接触上电极相连的上电极引线。

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，在所述N型层内，从与所述N⁺型层的交界面至与所述肖特基接触上电极的交界面之间的掺杂浓度由低至高且符合高斯分布。

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，所述肖特基接触上电极包括由下至上依次排列的钛金属层、铂金属层和金金属层。

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，所述欧姆接触下电极包括由下至上依次排列的镍金属层、锗金属层、金金属层、锗金属层、镍金属层和金金属层。

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，所述高掺杂的N⁺型层内的掺元素为IVA族元素，其掺杂浓度为10⁸/cm³量级。

本发明的高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管，所述N型层内的掺杂元素为IVA族元素；所述N型层与肖特基接触上电极交界面处的掺杂浓度为10¹⁷/cm³量级；所述N型与N⁺型层交界面处的掺杂浓度为10¹⁶/cm³量级。

本发明的一种高斯掺杂的砷化镓肖特基变容二极管的制作方法，包括下列步骤：

步骤A：在半导体绝缘砷化镓衬底上外延生长高掺杂的N⁺型层；

步骤B：在所述N⁺型层的上部通过分子束外延法生长N型层，使其掺杂浓度由低至高且符合高斯分布；

步骤C：采用湿法刻蚀减小所述N型层的面积，形成所述N型层至所述N⁺型层的台面阶梯结构；

步骤D：在所述N⁺型层和N型层上蒸发金属分别形成欧姆接触下电极和肖特基接触上电极；