[发明专利]一种同型异质结构IMPATT二极管及其制作方法

说明书

本发明公开一种同型异质结构IMPATT二极管及其制作方法，IMPATT二极管包括由下往上依次设置的n型GaN衬底、n++‑GaN阴极欧姆接触层、n‑GaN漂移区、n+‑GaN雪崩区、n++‑InGaN阳极欧姆接触层和阳极；钝化层位于阳极外部，阴极位于n++‑GaN阴极欧姆接触层2形成的环形台面上层并位于钝化层外部；采用了同型异质材料，与传统基于GaN的IMPATT二极管相比，避免了P型GaN掺杂工艺的限制，随着InGaN材料的掺杂浓度的升高，IMPATT二极管的效率也随之线性升高，实现了高转换效率；采用了同为n型的半导体材料，即都为n型掺杂，制造工艺上提高了效率，降低制造成本，同时和传统的IMPATT二极管封装工艺完全兼容。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种同型异质结构IMPATT二极管及其制作方法。

背景技术

各种各样结构形式的IMPATT器件在一个宽的频率范围(1-400GHz)作为主要的发射源被广泛地使用。IMPATT二极管在给定频率上的最大输出功率与所采用材料的材料特性有很大的关系。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IMPATT二极管在太赫兹领域(100GHz～10THz)拥有广阔的应用前景。

传统结构GaN基IMPATT器件设计中PN结的P型掺杂的浓度对工作性能的影响很大。P型GaN因为工艺制造技术的不成熟，很难形成高质量的P型欧姆接触。首先，GaN材料的禁带宽度太大，为3.4eV，目前工艺上可用的金属功函数典型值一般在4到5eV左右，很难形成较低的金属-P型GaN势垒高度差。其次传统的基于GaN的IMPATT二极管n++-InGaN阳极欧姆接触层材料为GaN，P型GaN材料掺杂工艺受限，很难获得GaN基IMPATT二极管P区的高掺杂浓度，会使得其串联电阻较为显著，P型GaN欧姆接触电阻只能控制在10^-4～10^-5Ω·cm2数量级之间，从而导致传统结构GaN基IMPATT二极管的性能受到较大的限制。在形成欧姆接触的前提下，随着P型区掺杂浓度的增高，GaN基IMPATT的直流-交流转换效率基与P型浓度基本是成线性正比关系的。当浓度大于某个值的时候，器件的直流-交流转换效率会达到某个饱和值，IMPATT雪崩过程由于掺杂浓度的限制导致产生电子-空穴对饱和，影响了IMPATT的输出效率。

若采用肖特基结一方面确实可以消除GaN基IMPATT的PN结的串联电阻效应，提高效率，另一方面避免了上述P型掺杂难题，但肖特基二极管本身的电流高、使用环境温度过高、压降不匹配线路的要求，导致其反向漏电大，影响了IMPATT工作性能，不能得到理想的转换效率性能。

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同型异质结构IMPATT二极管及其制作方法，具有转换效率高，制造工艺简单，制造成本低的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种同型异质结构IMPATT二极管，包括由下往上依次设置的n型GaN衬底、n++-GaN阴极欧姆接触层、n-GaN漂移区、n+-GaN雪崩区、n++-InGaN阳极欧姆接触层和阳极；

钝化层位于阳极外部，阴极位于n++-GaN阴极欧姆接触层2形成的环形台面上层并位于钝化层外部。

进一步，所述n++-GaN阴极欧姆接触层材料为n++-GaN，厚度为1～2μm，掺杂浓度为0.05×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3，下端有刻蚀形成的环形台面，厚度为10～100nm³。

进一步，所述n-GaN漂移区材料为n-GaN，厚度为0.5～5μm，掺杂浓度为0.1～1×10¹⁷cm^-3。