本发明专利技术公开了一种渐变In含量InGaN子量子阱的RTD二极管。包括：GaN外延层、n十GaN集电极欧姆接触层、第一GaN隔离层，第一InAlN势垒层、GaN主量子阱层、第二InAlN势垒层、渐变In组分的InGaN子量子阱、第二GaN隔离层、n十GaN发射极欧姆接触层、圆形电极依次从下至上分布在衬底上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一GaN隔离层接触的环形电极，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方的AlN钝化层。本发明专利技术在RTD中引入渐变In组分InGaN子量子阱和AlN材料钝化层，增大峰值电流，提高输出功率，减小器件功耗。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种渐变In含量InGaN子量子阱的RTD二极管。包括：GaN外延层、n十GaN集电极欧姆接触层、第一GaN隔离层，第一InAlN势垒层、GaN主量子阱层、第二InAlN势垒层、渐变In组分的InGaN子量子阱、第二GaN隔离层、n十GaN发射极欧姆接触层、圆形电极依次从下至上分布在衬底上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一GaN隔离层接触的环形电极，位于n十GaN集电极欧姆接触层上方的AlN钝化层。本专利技术在RTD中引入渐变In组分InGaN子量子阱和AlN材料钝化层，增大峰值电流，提高输出功率，减小器件功耗。【专利说明】渐变I η组分I nGaN子量子阱的RTD二极管及工艺
本专利技术属于电子
，更进一步涉及微电子器件
中的一种渐变铟In组分铟镓氮I nGaN子量子讲的宽带隙半导体GaN材料的共振隧穿二极管(ResonantTunneling D1de，RTD)。本专利技术可以作为高频、大功率器件，应用在微波和高速数字电路领域。
技术介绍
共振隧穿二极管(RTD)是一种靠量子共振隧穿效应工作的新型纳米器件，具有双稳态、自锁特性和明显的负阻特性。RTD本征电容很小，所以它具有很高的速度和工作频率。相较其他纳米器件，它的发展更快更成熟，已经进入应用阶段。随着器件设计和工艺的不断发展，RTD构成的振荡器频率已达太赫兹范围，成为太赫兹器件源的重要选择。近年来，以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，因其较大的禁带宽度、高热导率、高电子饱和速率等特性，受到人们广泛关注。而基于GaN材料制成的共振隧穿二极管则继承了GaN材料的优点，具有高工作频率、大功率、耐高温等特性。西安电子科技大学在其专利申请文件“具有双InGaN子量子讲的共振隧穿二极管及其制作方法”(公开号CN 104465913 A，申请号201410696211.3，申请日2014.11.26)中公开了一种具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法。该方法是以InAlN/GaN/InAlN结构的共振隧穿二极管为基础，在第一 GaN主量子阱层和第二 GaN主量子阱层之间插入第一 InGaN子量子阱层，在第二 InAlN势皇层和第二 GaN隔离层之间插入第二 InGaN子量子阱层。该方法存在的不足是，由于第二 GaN隔离层和第二 InGaN子量子阱层之间存在负极化电荷，会发生电子的耗尽，从而减小峰值电流，降低输出功率；同时SiN钝化层的势皇不高，漏电大。天津大学在其专利申请文件“发射区In组分渐变集电区高In过渡层的RTD”(公开号CN 104733545 A，申请号201510084845.8，申请日2015.02.17)中公开了一种发射区In组分渐变集电区高In过渡层的RTD。该方法是以AlAs/InGaAs/AlAs结构的共振隧穿二极管为基础，发射区In组分渐变，集电区的In组分很高。该方法存在的不足是，由于AlAs/InGaAs界面处的二维电子气浓度不高，迀移率也不高，工作频率和输出功率都无法满足太赫兹器件的输出要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对GaN材料共振隧穿二极管的峰值电流小、输出功率低的缺点，提出一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，增大峰值电流，提高器件功率。为了实现上述目的，本专利技术的具体思路是:让InGaN子量子阱的In组分从第二GaN隔离层到第二 InAlN势皇层等步上升，则InGaN的导带将发生倾斜，则倾斜导带产生的电场可以减少GaN/InGaN界面的负极化电荷，增大峰值电流，提高输出功率。钝化层使用AlN材料，AlN的势皇比SiN要高，可以显著减少漏电，减少器件功耗。本专利技术中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管，包括:位于衬底上方的GaN外延层，位于GaN外延层上方位置的n+GaN集电极欧姆接触层，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方中央位置的第一 GaN隔离层，第一 InAlN势皇层、GaN主量子阱层、第二 InAlN势皇层、第二 GaN隔离层、n+GaN发射极欧姆接触层、圆形电极依次从下至上竖直分布在第一 GaN隔离层上方，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方且不与第一 GaN隔离层接触的环形电极;其特征在于:渐变In组分的InGaN子量子阱位于第二 InAlN势皇层和第二 GaN隔离层之间，InGaN子量子阱的In组分是从第二 GaN隔离层到第二 InAlN势皇层等步上升的；钝化层使用AlN材料，位于n+GaN集电极欧姆接触层上方。本专利技术中渐变In组分InGaN子量子阱的RTD 二极管工艺，包括如下步骤:(I)在GaN自支撑衬底上外延GaN层:采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在衬底(I)上外延生长一层GaN层(2);(2)生长n+GaN集电极欧姆接触层:采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在GaN外延层(2)上生长n+GaN集电极欧姆接触层(3) ;n+GaN集电极欧姆接触层(3)厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?IxlO2t3Cm-3.，(3)生长第一 GaN隔离层:采用分子束外延MBE方法，在n+GaN集电极欧姆接触层(3)上生长第一GaN隔离层(4);第一GaN隔离层⑷厚度为2?6nm;(4)生长 InAIN/GaN/InAIN 双势皇结构:(4a)采用分子束外延MBE方法，在第一GaN隔离层(4)上生长第一InAIN势皇层(5);第一InAIN势皇层(5)厚度为0.8?I.2nm，In组分为16%?18% ；(4b)采用分子束外延MBE方法，在第一 InAIN势皇层(5)上生长GaN主量子阱层(6);GaN主量子阱层(6)厚度为0.8?1.2nm;(4c)采用分子束外延MBE方法，在GaN主量子阱层(6)上生长第二InAIN势皇层(7);第二 InAIN势皇层(7)厚度为0.8?1.2nm，In组分为16%?18%;(5)生长渐变In组分的InGaN子量子阱:(5a)采用分子束外延MBE方法，在第二 InAIN势皇层(7)上生长第一层InGaN子量子阱，第一层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是3%?5%;(5b)采用分子束外延MBE方法，在第一层InGaN子量子阱上生长第二层InGaN子量子阱，第二层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是4 %~6%；(5c)采用分子束外延MBE方法，在第二层InGaN子量子阱上生长第三层InGaN子量子阱，第三层InGaN子量子阱的厚度为Inm，In组分范围是5%?7%;(6)生长第二 GaN隔离层:采用分子束外延MBE方法，在渐变In组分的InGaN子量子阱(8)上生长第二 GaN隔离层(9);第二GaN隔离层(9)厚度为2?6nm;(7)生长n+GaN发射极欧姆接触层:采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法，在第二GaN隔离层(9)上生长n+GaN发射极欧姆接触层(10)，n+GaN发射极欧姆接触层(10)厚度为80?120nm，掺杂浓度为IxlO19?IxlO20Cnf3;(8)形成小圆形台面:在n+GaN发射极欧姆接触层(10)上光刻形成直径为5?ΙΟμπι的小圆形掩膜图形，采用反应离子刻蚀RIE方法，使用此13/(:12刻本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种渐变In组分InGaN子量子阱的RTD二极管，包括：位于衬底(1)上方的GaN外延层(2)，位于GaN外延层(2)上方位置的n十GaN集电极欧姆接触层(3)，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方中央位置的第一GaN隔离层(4)，第一InAlN势垒层(5)、GaN主量子阱层(6)、第二InAlN势垒层(7)、第二GaN隔离层(9)、n十GaN发射极欧姆接触层(10)、圆形电极(12)依次从下至上竖直分布在第一GaN隔离层(4)上方，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方且不与第一GaN隔离层(4)接触的环形电极(11)；其特征在于：渐变In组分的InGaN子量子阱(8)位于第二InAlN势垒层(7)和第二GaN隔离层(9)之间，InGaN子量子阱(8)的In组分是从第二GaN隔离层(9)到第二InAlN势垒层(7)等步上升的,其中In组分是指InN占InGaN中的比例；钝化层(13)使用AlN材料，位于n十GaN集电极欧姆接触层(3)上方。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张进成，黄金金，于婷，陆芹，郝跃，薛军帅，杨林安，林志宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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