[发明专利]一种横向结构IMPATT二极管及其制备方法

说明书

本发明公开一种横向结构IMPATT二极管及其制备方法，IMPATT二极管包括：衬底层，外延层，漂移层，n‑AlGaN势垒层，n+‑GaN势垒层，左欧姆接触层，右欧姆接触层，左欧姆接触电极，右欧姆接触电极，钝化层，肖特基接触电极，横向结构IMPATT二极管通电时电流方向为沿外延层的横向，漂移层为外延层顶部形成的二维电子气薄层，渡越过程限制在漂移层而非发生在体材料中，本发明提出的IMPATT利用横向结构，在同等材料下，提高了传统垂直结构IMPATT的振荡频率、横向电路兼容性，以及频率的灵活性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种横向结构IMPATT二极管及其制备方法。

背景技术

雪崩二极管是(IMPATT)一种利用半导体中的碰撞电离产生电荷包，电荷包渡越从而在一定频率下能产生负阻的半导体器件。由于雪崩会产生雪崩延迟，载流子通过有限时间在器件内部漂移会产生渡越时间延迟，这两种延迟叠加导致雪崩电流的建立滞后于端电压，从而产生负阻。当这两种延迟加起来落在1/4周期到3/4周期范围内时(90°到270°相位差)，此时二极管的动态电阻是负值。作为微波固态源中效率最高，功率最大的一种，IMPATT二极管从诞生之日起就受到了高功率固态源应用的广泛关注，被广泛应用于军民两用领域，例如通信、雷达等系统当中。

相对于Si、GaAs等材料，基于GaN材料的垂直结构的IMPATT器件中，工作频率对直流偏置电流密度的性能反应良好，能承受更大的直流偏置电流密度，并且在大电流下具有更强大的负阻产生能力，并且峰值负阻远高于GaAs基器件。然而，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，P型掺杂GaN中的自由空穴浓度太低，即使掺杂水平很高，也很难获得很高的自由空穴浓度。综上所述，在传统垂直结构的GaN基IMPATT中，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，限制了碰撞离化产生电荷包的浓度，进而严重制约了传统垂直结构IMPATT的工作性能。

如图1所示，传统的垂直结构IMPATT二极管电流流动的方向平行于外延层生长方向，其工作过程为：雪崩区发生雪崩击穿，产生电子空穴对，进而在漂移区发生渡越过程。除了上述雪崩过程影响工作性能之外，漂移过程也至关重要。在传统的垂直结构的IMPATT中，漂移过程发生在体材料中，由于器件尺寸的增加，电子的漂移距离增加，最佳工作频率开始减小。IMPATT这种渡越时间效应器件中，器件的工作频率是严重依赖于器件尺寸的。尺寸越大，漂移时间越长，工作频率也就越低。

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横向结构IMPATT二极管及其制备方法，具有更高的振荡频率，与横向电路兼容性好，可以灵活调整频率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种横向结构IMPATT二极管，包括衬底层、外延层、漂移层、n-AlGaN势垒层、n+-GaN势垒层、右欧姆接触层、左欧姆接触层、左欧姆接触电极、右欧姆接触电极、钝化层和肖特基接触电极；

所述外延层位于所述衬底层上层，漂移层为通电时在外延层顶部形成的二维电子气薄层，n-AlGaN势垒层位于漂移层上层；n+-GaN势垒层位于衬底层上层且位于外延层左侧，右欧姆接触层和左欧姆接触层位于衬底层上层，同时右欧姆接触层和左欧姆接触层分别位于外延层右侧和n+-GaN势垒层左侧，左欧姆接触电极位于所述左欧姆接触层上层；右欧姆接触电极位于所述右欧姆接触层上层；钝化层位于左欧姆接触层、n+-GaN势垒层和右欧姆接触层上层，且位于n-AlGaN势垒层两侧；肖特基接触电极位于n-AlGaN势垒层上层；

横向结构IMPATT二极管通电时电流方向为沿外延层的横向，漂移层为外延层顶部形成的二维电子气薄层，渡越过程限制在漂移层中而非发生在体材料中。