[发明专利]一种太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法

说明书

本发明涉及一种太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法，所述太赫兹GaN耿氏二极管包括由下往上依次设置的阴极、n型GaN衬底、n⁺GaN阴极欧姆接触层、InAlN三维结构电子发射层、n^‑GaN渡越层、n⁺GaN阳极欧姆接触层、阳极，还包括设置在n型GaN衬底上并包裹在n⁺GaN阴极欧姆接触层、InAlN三维结构电子发射层、n^‑GaN渡越层、n⁺GaN阳极欧姆接触层、阳极外部的SiN钝化层，SiN钝化层的上部设置有露出阳极的开孔。本发明提供的太赫兹GaN耿氏二极管采用了三维结构的InAlN电子发射层结构，在同等尺寸下显著提升了GaN耿式二极管输出功率密度。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法。

背景技术

相比较传统半导体材料(Si和GaAs)，GaN在频率和输出功率方面拥有优异的性能，GaN基的耿氏二极管已经展现了其在太赫兹领域(100GHz～10THz)的广阔应用前景。相关理论研究已经预示了亚微米渡越层的GaN耿氏二极管至少可以产生200GHz的振荡频率，并且射频功率密度至少比其他传统Ⅲ-Ⅴ化合物耿氏二极管高2倍。

传统的n+/n/n+的耿氏器件结构中，电子必须经过较长一段距离才能获得足够的能量，这就限制了器件的工作频率。近年来国际上提出一个n+/n-/n/n+结构的二极管结构用以代替原先的n+/n/n+二极管结构，这种结构缩短了电子的加速距离，提高了器件的工作频率。其中靠近阴极发射区的n-电子发射层可以是一个同质的电子发射层或者是一个异质的电子发射层，这些结构可以更好地改善发射区的空间电荷扰动从而促进电子畴的形成以及壮大。

目前n-电子发射层研究主要集中在InAlN/GaN以及AlGaN/GaN异质结构上，其中用In组分为17％的InAlN三元化合物来代替传统的AlGaN，获得的InAlN/GaN异质结构晶格匹配，这样可以避免引入失配位错，从而提高晶体质量。并且InAlN/GaN异质结构的自发极化要比传统的AlGaN/GaN异质结构强很多，这样可以在界面处引入更高的二维电子气(2DEG)密度，因此InAlN/GaN异质结构可以改善器件性能。然而现有技术中的InAlN电子发射层结构都未能很好地解决输出功率密度低，转化效率低，器件功耗大这些问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的太赫兹GaN耿氏二极管及其制作方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种太赫兹GaN耿氏二极管，包括由下往上依次设置的阴极4、n型GaN衬底7、n⁺GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n^-GaN渡越层9、n⁺GaN阳极欧姆接触层2、阳极3，还包括设置在n型GaN衬底7上并包裹在所述n⁺GaN阴极欧姆接触层1、InAlN三维结构电子发射层8、n^-GaN渡越层9、n⁺GaN阳极欧姆接触层2、阳极3外部的SiN钝化层5，所述SiN钝化层5的上部设置有露出所述阳极3的开孔6。

进一步地，所述n⁺GaN阴极欧姆接触层1的上端形成有圆形的凸台10，所述凸台10的高度为100～200nm，直径为30～40μm。

进一步地，所述n⁺GaN阴极欧姆接触层1的厚度为1～2μm，掺杂浓度为1～5×10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述InAlN三维结构电子发射层8采用In组份比为17％的InAlN材料制成，厚度为200～400nm。