[发明专利]一种平面结构的磷化铟基PIN开关二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷化铟(InP)基PIN开关二极管材料和器件结构及其制备工艺，尤其涉及一种平面结构的磷化铟基PIN开关二极管及其制备方法，属于微电子器件中开关二极管技术领域。

背景技术

PIN开关二极管是一种常用的微波毫米波关键功能元器件，常应用于微波毫米波收发前端、移相器、调制器和探测与成像控制单元中，具有耐受功率高、插入损耗低以及隔离度好的优良特性。InP基PIN开关二极管由于采用了具有高电子迁移率的铟镓砷(InGaAs)材料，与传统的Si基PIN二极管和砷化镓(GaAs)PIN二极管相比，具有更低的导通电阻、更快的速度和更高的工作频率，在毫米波以及亚毫米波高频高速电路和系统中具有重要的应用。

目前，InP基PIN开关二极管均采用图1所示的台面结构。其中上电极101和下电极102分别为连接P型高掺层103和N型高掺层104的欧姆接触金属。为了减小器件的寄生参数，上电极101的引出一般采用空气桥结构，由于PIN开关二极管的I型层105一般较厚达1微米以上，因此，上电极101的空气桥较高，该结构对工艺要求比较苛刻，且桥面容易出现坍塌或者断裂，成品率较难保证和提高。

另外，为了提高PIN开关二极管器件的导通电阻，一般要求P型高掺层103和N型高掺层104的掺杂浓度更高，目前的InP基PIN开关二极管的材料结构中，P型高掺层103为InGaAs材料采用杂质铍(Be)的重掺杂，Be掺杂剂一般的掺杂极限达～10¹⁹cm^-3，且易向I型层105不掺杂层发生扩散，导致器件的截止电容增加，引起器件性能退化。因此，需综合考虑导通电阻和截止电容两者权衡和折中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种平面结构的磷化铟基PIN开关二极管及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种平面结构的磷化铟基PIN开关二极管，包括：

InP衬底；

位于所述InP衬底之上的InP缓冲层；

位于所述InP缓冲层之上的N型InGaAs高掺杂层；

位于所述N型InGaAs高掺杂层之上的I型InGaAs不掺杂层；

位于所述I型InGaAs不掺杂层之上的P型InGaAs高掺杂层；

位于所述P型InGaAs高掺杂层之上的保护层；

制备于所述保护层上的处于同一平面的阳极电极和阴极电极；

其中，在所述保护层上开设有向下延伸至P型InGaAs高掺杂层的阳极窗口，所述阳极电极通过该阳极窗口与所述P型InGaAs高掺杂层形成欧姆接触；所述保护层上还开设有向下延伸至N型InGaAs高掺杂层的阴极窗口，所述阴极电极通过该阴极窗口与所述N型InGaAs高掺杂层形成欧姆接触；

所述阳极电极与所述阴极电极之间开设有向下延伸至N型InGaAs高掺杂层的隔离槽；

所述阳极电极包括接触电极部分和引出电极部分，在该接触电极部分和引出电极部分连接区域的下方开设有向下延伸至InP缓冲层的沟槽，使该连接区域悬空。

作为本发明的优选方案，所述P型InGaAs高掺杂层采用碳作为P型掺杂杂质，其掺杂剂量可为10²⁰cm^-3数量级。

作为本发明的优选方案，所述阳极电极和阴极电极采用Ti/Pt/Au堆栈层、Ti/Au堆栈层或Ge/Au/Ni/Au堆栈层。

作为本发明的优选方案，所述保护层可采用氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN_x)、聚酰亚胺、苯丙环丁烯(BCB)等低介电常数材料。

另外，本发明还提供一种平面结构的磷化铟基PIN开关二极管的制备方法，其包括以下步骤：

A.采用外延技术在InP衬底上依次外延生长InP缓冲层、N型InGaAs高掺杂层、I型InGaAs不掺杂层、P型InGaAs高掺杂层；

B.在外延生长的P型InGaAs高掺层上制备保护层；

C.利用光刻刻蚀技术开设阳极窗口和阴极窗口，其中，从所述保护层向下刻蚀直至P型InGaAs高掺杂层露出，以形成阳极窗口，从所述保护层向下刻蚀直至N型InGaAs高掺杂层露出，以形成阴极窗口；然后在所述保护层上分别形成阳极电极和阴极电极，使阳极电极和阴极电极通过阳极窗口和阴极窗口分别与P型InGaAs高掺杂层和N型InGaAs高掺杂层形成欧姆接触；