[发明专利]一种横向结构的半导体异质结变容管装置

说明书

本发明提供了一种横向结构的半导体异质结变容管装置，旨在解决现有金属电极不与异质结的二维电子气形成直接的肖特基接触导致结电容、串联电阻过大和器件频率太低的问题。本发明包括衬底、缓冲层半导体、异质结半导体结构、帽层半导体、介质层、金属阳极和金属阴极；质结半导体结构均由沟道层和势垒层组成，沟道层上存在有二维电子气；异质结半导体结构上表面开设有凹槽，金属阳极和金属阴极分别位于不同的凹槽内，金属阳极和金属阴极均与凹槽侧壁形成肖特基接触。金属阳极和金属阴极均与异质结半导体结构的二维电子气形成一维肖特基接触的横向结构变容管，大幅降低了变容管的零偏电容和串联电阻，并显著提高了电容的非线性，提升器件高频特性。

技术领域

本发明涉及本发明属于太赫兹高频器件中变容管技术领域，尤其涉及一种横向结构的半导体异质结变容管装置。

背景技术

太赫兹(THz)波定义在0.1THz～10THz，介于微波和红外线之间，具有极其重要的学术价值和实用意义。缺少高功率、造价低和便携式室温太赫兹源是限制太赫兹技术应用的最主要因素。肖特基二极管(SBDs)作为固态倍频电路的关键核心器件，通过SBD器件倍频方式实现毫米波和太赫兹波集成电路是实现全固态太赫兹源的一种重要且有效的方法。

面向高频应用的SBD结构有很多种，如垂直结构和横向结构，但这类器件中均包含至少一个欧姆接触电极和一个肖特基接触电极。而MSM结构变容管的阴极和阳极虽然也都是肖特基接触，但金属电极都在势垒层上。这种接触导致金属到沟道的二维电子气需要经过两个肖特基势垒：金属‐半导体肖特基势垒和势垒层‐沟道层异质结肖特基势垒，这导致器件的串联电阻R和结电容C都会增加。肖特基器件的频率特性f＝1/(2πRC)，大的串联电阻和结电容，必将导致肖特基器件的频率特性大幅降低。

发明内容

本发明提供了一种横向结构的半导体异质结变容管装置，旨在解决现有技术中金属电极不与异质结的二维电子气(2DEG)形成直接的肖特基接触导致的结电容、串联电阻过大和器件频率太低的问题。

为了解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种横向结构的半导体异质结变容管装置，从下至上依次包括衬底、缓冲层半导体、异质结半导体结构、帽层半导体、介质层、金属阳极和金属阴极；所述异质结半导体结构至少有一个，每个异质结半导体结构均由下层的沟道层和上层的势垒层组成，沟道层上存在有二维电子气；所述异质结半导体结构上表面开设有凹槽且凹槽的底部位于二维电子气的下方，金属阳极和金属阴极分别位于不同的凹槽内，金属阳极和金属阴极均与凹槽侧壁形成肖特基接触。

进一步，金属阳极和金属阴极均与异质结半导体结构的侧面直接接触。

进一步，衬底的材料包括InP、GaAs、Si、GaN、AlN、蓝宝石和SiC中的至少一种。

进一步，缓冲层的材料包括高阻InGaAs、高阻GaAs、高阻InAlAs、高阻GaN、高阻AlGaN、高阻AlN和高阻InGaN中的至少一种。

进一步，沟道层的材料包括非掺杂的InAs、InGaAs、GaAs、InAlAs、GaN、AlGaN、InN和InGaN中的至少一种。

进一步，势垒层的材料包括InGaAs、GaAs、InAlAs、AlAs、GaN、InGaN、AlGaN、AlN中的至少一种。

进一步，帽层半导体的材料包括掺杂的InAs、InGaAs、GaAs、InAlAs、GaN、AlGaN、InN、InGaN和AlN中的至少一种。

进一步，介质层包括SiO2层、SiN层、Al2O3层、AlN层、HfO2层、ZrO2层和Y2O3层中至少一层。

与现有技术相比本发明的优点是：