[发明专利]一种基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管及其制备方法，所述变容管的结构包括：硅衬底层，硅衬底层上由下往上依次为衬底保护层、键合层、欧姆金属层、nsupgt;+/supgt;‑GaN层、nsupgt;‑/supgt;‑GaN层、肖特基接触金属层；肖特基接触金属层上为阳极pad，在键合层上还设置与键合层接触的阴极pad。本发明有效提高反偏特性，体现在反向击穿电压的增加、反偏时漏电流的降低，从而有效提高倍频效率。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体地，本发明涉及一种基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管及其制备方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是频率介于0.3THz～3THz范围内的电磁波，由于THz源的特殊性：基于电子学方法频率偏高、基于光学方法频率偏低而不易实现，直至20世纪20年代，太赫兹波的优势以及太赫兹技术的研究逐渐受到人们的重视。太赫兹波长很短，是很好的宽带信息载体，在高分辨率光谱学、成像系统、通信领域有很大的应用前景；太赫兹波能够穿透生物组织并不会对生物细胞产生有害电离，所以特别适合生物医学成像，并有取代X射线成像的趋势；太赫兹波的光子能量能够与物质基本单元之间的能量产生共振，所以在物质科学研究领域具有很广阔的应用前景。

在毫米波和太赫兹波频段，由固态电路产生高功率输出依然很困难。目前，固态倍频振荡电路的核心器件是砷化镓(GaAs)基肖特基二极管，由于国内化合物半导体工艺技术的限制以及GaAs材料固有的低击穿电场，所以基于GaAs材料的倍频电路并不能满足高功率需求。GaN作为第三代宽禁带半导体材料，拥有高于GaAs材料8倍的击穿场强以及高热导率、高电子饱和速度、高Baliga(高频)优值等特点，符合高频率、大功率器件的需求。

目前基于GaN肖特基二极管的110G倍频电路已有报道，由于GaN材料的低电子迁移率，肖特基二极管的串联电阻偏大；虽然GaN材料拥有极高的击穿场强，目前所研制的GaN基肖特基变容管的击穿电压与漏电流与理论值差距较大，导致输出功率和倍频转换效率偏低。因此GaN基倍频电路的研究重点是GaN肖特基二极管器件的改善与优化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于金属檐结构的氮化镓(GaN)基完全垂直肖特基变容管，本发明有效提高反偏特性，体现在反向击穿电压的增加、反偏时漏电流的降低，从而有效提高倍频效率。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管，所述变容管的结构包括：

硅衬底层，硅衬底层上由下往上依次为衬底保护层、键合层、欧姆金属层、n⁺-GaN层、n^--GaN层、肖特基接触金属层；肖特基接触金属层上为阳极pad，在键合层上还设置与键合层接触的阴极pad。

优选地，所述n⁺-GaN层为掺杂浓度大于5E18/cm³，厚度为3um～5um的重掺杂层，所述n^--GaN层是掺杂浓度为3E16～2E17/cm³，厚度为300～500nm的轻掺杂层。

优选地，所述键合层采用厚度为的Au制作。

本发明中，n⁺-GaN和n^--GaN层可为掺杂剂为Si的n型半导体。

本发明还提供了上述的基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)选择Si衬底的轻掺杂/重掺杂GaN外延片，外延片结构自下向上依次为Si衬底、过渡层、n^--GaN层、n⁺-GaN层；