[发明专利]一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管以及制作方法

说明书

本发明提供了一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层、AlN缓冲层、N型GaN层一、本征GaN层、N型GaN层二，电极层一位于N型GaN层二之上，电极层二位于N型GaN层一之上。本发明的另一个技术方案是提供了一种如上述的面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管的制作方法。本发明具备低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的特点。本发明在零偏置电压附近，其二次和三次倍频增益平坦稳定，因此其具备低电压工作或者低功耗条件下的倍频能力。

技术领域

本发明涉及一种应用于倍频器领域的氮化镓二极管器件，本发明还涉及一种该氮化镓二极管器件的制作方法。

背景技术

传统无源倍频器是基于普通的肖特基二极管制作而成。但是单个器件的二次和三次倍频能力受偏置电压的影响较大，并且在三次倍频中，较大偶次谐波分量恶化了三次倍频的性能。

因此，为了输出高性能的倍频信号，目前常常采用的解决方案有：1)通过施加不同的直流偏置，以获得稳定的二次和三次倍频增益；2)使用两个二极管的并联组网，通过二极管的反向并联，在一定程度上抑制了偶次谐波的输出，最终提升三次倍频的能力。

发明内容

本发明的目的是提供了一种低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的氮化镓二极管器件及其制作方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层、AlN缓冲层、N型GaN层一、本征GaN层、N型GaN层二，电极层一位于N型GaN层二之上，电极层二位于N型GaN层一之上，并且环绕N型GaN层一侧壁外侧，电极层一及电极层二构成一对电极结构，N型GaN层一及N型GaN层二构成两层N型掺杂区，本征GaN层构成一层本征区。

优选地，所述N型GaN层一与所述N型GaN层二的掺杂类型相同、掺杂浓度相等，并通过调整所述电极层二所在深度，达到正反偏置电压下，氮化镓双向导通二极管电流的绝对数值对称。

本发明的另一个技术方案是提供了一种如上述的面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选择蓝宝石衬底作为蓝宝石衬底层，并且在此蓝宝石衬底层上生长氮化铝缓冲层作为AlN缓冲层；

S2：基于含AlN缓冲层的蓝宝石衬底层，依次生长不同型号的氮化镓层，包括N型GaN层一、本征GaN层和N型GaN层二，其中，N型GaN层一的厚度为1μm、n型掺杂、掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，本征GaN层的厚度为1μm、不掺杂，N型GaN层二的厚度为500nm、n型掺杂、掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3；

S3：在N型GaN层二上生长一层二氧化硅层；

S4：二氧化硅层经过刻蚀后形成特定的掩膜层；

S5：基于掩膜层，继续刻蚀氮化镓层至N型GaN层一；

S6：去除掩膜层；

S7：生长电极层，经过光刻后分别形成两个独立的电极层一和电极层二。

本发明设计了一款新型氮化镓二极管器件，具备低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的特点。本发明在零偏置电压附近，其二次和三次倍频增益平坦稳定，因此其具备低电压工作或者低功耗条件下的倍频能力。

同时由于本发明的对称掺杂结构，使其具备双向导通的特征，等效成两个单向导通的普通二极管并联组网。因此本发明天然具备偶次谐波抑制的能力。通过二次和三次倍频实验，测试数据表明单器件的三次与二次倍频增益比值较大且稳定。因此在倍频应用上，本发明可以采用单器件代替两个二极管器件，从而减少了倍频器使用的器件数量。

附图说明