[发明专利]一种耿氏二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波器件中二极管技术领域，具体涉及一种耿氏二极管及其制备方法。

背景技术

以耿氏二极管等非线性器件为核心的振荡器常用作高频本振源。耿氏二极管是毫米波段振荡器的有源非线性器件，由于高质量半导体材料的制造、加工工艺和装配等技术的不断发展，使得器件表现出卓越的性能。同时耿氏二极管制备过程简单，结构灵活，所以它们不仅作为各类接收机混频器的本振源，而且在雷达、通信、空间技术等方面可以作为中小功率的信号源，是目前应用最广泛的半导体振荡器。

传统的耿氏二极管，在N-型层上采用均匀掺杂，且主要采用垂直结构。这种掺杂的双端Gunn二极管，不能利用直流电压直接对输出振荡频率调谐，不利于实现单片集成，导致系统中需要大量的器件载体、外接偏置电路和金属波导等体积较大的组件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlGaAs梯度带隙的GaAs平面耿氏二极管，能够有效减小有源区的死区，提高直流到射频的转换效率。

本发明的另一目的在于提供一种耿氏二极管的制备方法，其制备方法与集成电路工艺相兼容，便于制作毫米波、亚毫米波范围内的集成振荡电路。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种耿氏二极管，所述耿氏二极管的外延片包括：半导体绝缘GaAs衬底，位于所述半导体绝缘GaAs衬底上外延生长的高掺杂下底面n⁺GaAs层，位于所述高掺杂下底面n⁺GaAs层上外延生长的有源区n^-GaAs层，位于所述有源区n^-GaAs层上外延生长的n_sGaAs层，位于所述n_sGaAs层上外延生长的GaAs本征下隔离层，位于所述GaAs本征下隔离层上外延生长的Al摩尔含量线性梯度变化的Al_xGa_1-xAs本征势垒层，位于所述Al_xGa_1-xAs本征势垒层上外延生长的GaAs本征上隔离层，位于所述GaAs本征上隔离层上外延生长的高掺杂上表面n⁺GaAs层。

上述方案中，所述高掺杂下底面n⁺GaAs层长700纳米，掺杂浓度为4.3×10¹⁸cm^-3；所述高掺杂上表面n⁺GaAs层长500纳米，掺杂浓度为4.3×10¹⁸cm^-3；有源区n^-GaAs层长1.6微米，掺杂浓度为1.1×10¹⁶cm^-3；所述n_sGaAs层长5纳米，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

上述方案中，所述GaAs本征上隔离层和GaAs本征下隔离层长为10纳米；所述Al_xGa_1-xAs本征势垒层长50纳米，在与所述GaAs本征上隔离层界面处，Al的摩尔含量为0，在与所述GaAs本征下隔离层界面处，Al的摩尔含量为0.32；在所述GaAs本征上隔离层界面和下隔离层界面间，Al的摩尔含量线性增加。

一种耿氏二极管的制备方法，包括如下步骤：

A、在外延片上匀一层AZ5214光刻胶，然后前烘、曝光、反转、泛暴和显影，蒸发金属、剥离，形成耿氏二极管上电极；

B、在外延片上匀一层9912光刻胶，然后前烘、曝光、显影和后烘，第一次台面腐蚀，形成器件的下电极台面；

C、在外延片上匀一层AZ5214光刻胶，然后前烘、曝光、反转、泛暴和显影，蒸发金属和剥离，形成耿氏二极管下电极；

D、在小合金炉中合金，形成欧姆接触的上下电极；

E、在外延片上匀一层9912光刻胶，然后前烘，光刻，显影和后烘，第二次台面腐蚀，形成器件之间的电学隔离；

F、在外延片上PECVD生长一层3000埃的Si₃N₄；

G、在生长有Si₃N₄的外延片上匀一层9912胶，然后前烘，光刻，显影和后烘，用RIE刻蚀设备在Si₃N₄表面刻孔，露出上下电极的金属层；

H、在外延片上溅射钛/金起镀层；