[发明专利]基于调制掺杂的GaN肖特基二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域。

背景技术

以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基变容二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点，国内的研究还停留在很低的频率段。

由于GaN材料的电子迁移率相比GaAs比较低，基于GaN材料制备的肖特基二极管的串联电阻很大，使得器件的截止频率和工作频率很难达到GaAs基器件的水平。另外，GaN材料的湿法腐蚀工艺还不成熟，一般采用干法刻蚀，再进行平整化工艺，对器件工艺带来了难度。目前采用采用改善欧姆接触工艺和探索新的肖特基接触金属来提高器件的工作频率，国际上工作频率最高已经达到了100GHz。若要进一步提高器件的工作频率需要从材料和器件结构入手，提高GaN材料的迁移率，采用GaAs常用的平面型结构，来达到更高的工作频率。

采用调制掺杂的方法可以改变电子浓度的分布，改善肖特基二极管的变容比，降低肖特基结电容的优势。但是国内外都没有开展调制掺杂GaN材料的肖特基二极管的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，本发明N-型GaN层和N+型GaN层竖直生长，且N-型GaN层采用调制掺杂方式生长，可提高GaN肖特基变容二极管的变容比，降低结电容，提高毫米波和太赫兹范围内倍频电路的工作频率和输出功率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层、在所述衬底层上生长的高掺杂的N+型GaN层，以及在所述N+型GaN层上采用调制掺杂生长的N-型GaN层，N-型GaN层的掺杂浓度从N+型GaN层的界面处开始为非均匀分布；在所述的N+型GaN层上生长欧姆接触电极；在所述的N-型GaN层上生长有肖特基接触电极。

所述N-型GaN层的掺杂浓度的变化方式为自上而下递增、自上而下递减、指数分布或者高斯分布。

所述N-型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在10¹⁶/cm³量级到10¹⁸/cm³量级之间。

所述衬底层包括蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。

所述N+型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为10¹⁶/cm³到10¹⁹/cm³。

采用上述技术方案取得的技术进步为：

1、本发明利用调制掺杂方式在N+型GaN层上生长N-型GaN层，提高了GaN材料的电子迁移率，改善了材料中电子浓度分布，减小了二极管的肖特基结电容，提高了其工作频率；

2、通过控制调制掺杂可以有效控制肖特基二极管的变容比，进而提高器件的Q值，并提高器件的倍频效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，101、衬底层，102、N+型GaN层，103、N-型GaN层，104、欧姆接触电极，105、肖特基接触电极。

具体实施方式

由图1所示可知，基于调制掺杂的GaN肖特基二极管，包括用于支撑整个GaN肖特基二极管的半绝缘的衬底层101、在所述衬底层101上生长的高掺杂的N+型GaN层102，以及在所述N+型GaN层102上采用调制掺杂生长的N-型GaN层103；所述N-型GaN层103的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在10¹⁶/cm³量级到10¹⁸/cm³量级之间；所述N-型GaN层103的掺杂浓度的变化方式为自上而下递增或自上而下递减。

所述N+型GaN层102的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度为10¹⁶/cm³到10¹⁹/cm³。