一种GaN基异质结变容管装置及其外延结构制造方法及图纸

本发明专利技术提供了GaN基异质结变容管装置及其外延结构，旨在解决现有的倍频器件以金属和半导体形成的肖特基接触为基础，导致功率特性较差的问题。GaN基异质结变容管装置，包括由GaN基材料制作的衬底、高阻缓冲层、第一层重掺杂导电层、第一层低掺杂层、宽禁带的势垒层、第二层低掺杂层和第二层重掺杂导电层；第一层低掺杂层、宽禁带的势垒层和第二层低掺杂层形成异质结势垒结构。外延结构包括金属阳极、金属阴极和上述GaN基异质结变容管装置；金属阳极和金属阴极之间存在凹槽，凹槽的底部为第一层重掺杂导电层。本发明专利技术功率特性较好，不会限制倍频源的输出功率特性，可以实现大功率应用，可以用于大功率输入奇次倍频电路。

A GaN based heterojunction varactor device and its epitaxial structure

The invention provides a GaN based heterojunction varactor device and its epitaxial structure, which aims to solve the problem that the existing frequency doubling devices are based on Schottky contact formed by metal and semiconductors, resulting in poor power characteristics. The GaN based heterojunction varactor device consists of a substrate, a high resistance buffer layer, a first layer of heavy doped conductive layer, a first layer of low doping layer, a barrier layer with a wide band gap, second layers of low doping layer and second layers of heavily doped conductive layer, the first layer of low doping layer, the barrier layer with wide band gap and the formation of second layers of low doping layer. The barrier structure of heterojunction. The epitaxial structure consists of a metal anode, a metal cathode and a GaN based heterojunction varactor, and a groove exists between the metal anode and the metal cathode, and the bottom of the groove is the first layer of heavy doped conductive layer. The power characteristic of the invention is good, it can not limit the output power characteristic of the frequency doubler source, can realize the high power application, and can be used for the high-power input odd frequency circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基异质结变容管装置及其外延结构
本专利技术涉及太赫兹高频器件中变容管
，尤其涉及一种GaN基异质结变容管装置及其外延结构。
技术介绍
太赫兹波定义在0.1THz～10THz，介于微波和红外线之间，具有极其重要的学术价值和实用意义。缺少高功率、造价低和便携式室温太赫兹源是限制太赫兹技术应用的最主要因素。常规的倍频器件如肖特基二极管多以金属—半导体形成的肖特基接触为基础。这在工艺上涉及了材料外延、台面刻蚀、金属-半导体欧姆接触、金属-半导体肖特基接触等多步复杂工艺。而以GaAs等材料研制的异质结变容管，由于其功率特性差，限制了倍频源的输出功率特性，难以实现大功率应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种GaN基异质结变容管装置及其外延结构，旨在解决现有的倍频器件以金属和半导体形成的肖特基接触为基础，导致功率特性较差的问题。为了解决以上技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种GaN基异质结变容管装置，从下至上依次包括衬底、高阻缓冲层、第一层重掺杂导电层、第一层低掺杂层、宽禁带的势垒层、第二层低掺杂层和第二层重掺杂导电层；第一层低掺杂层、宽禁带的势垒层和第二层低掺杂层形成异质结势垒结构；所述高阻缓冲层、第一层重掺杂导电层、第一层低掺杂层、宽禁带的势垒层、第二层低掺杂层和第二层重掺杂导电层的材料均为GaN基材料。进一步，衬底的材料为GaN、Si、蓝宝石和SiC中的一种，且衬底的材料为非极性、半极性或极性。进一步，所述高阻缓冲层为高阻GaN、高阻InGaN、高阻AlGaN和高阻AlN中的一种。进一步，第一层重掺杂导电层和第二层重掺杂导电层的材料均为GaN、InGaN和AlGaN中的一种，且第一层重掺杂导电层和第二层重掺杂导电层的材料均为高掺杂的窄禁带n型。进一步，第一层低掺杂层和第二层低掺杂层的材料为GaN、InGaN和AlGaN中的一种，第一层低掺杂层和第二层低掺杂层的材料均为低掺杂的窄禁带n型。进一步，宽禁带的势垒层的材料为非掺杂的宽禁带AlGaN或非掺杂的宽禁带AlN。一种GaN基异质结变容管装置的外延结构，包括金属阳极、金属阴极和上述的GaN基异质结变容管装置；金属阳极和金属阴极之间存在凹槽，凹槽的底部为第一层重掺杂导电层。进一步，金属阳极和金属阴极均与第二重掺杂导电层之间形成欧姆接触。进一步，金属阳极的金属材料为Ti、Al、Ni、Cr、Pt、Cu、Ag和Au中的至少一种；金属阴极的金属材料为Ti、Al、Ni、Cr、Pt、Cu、Ag和Au中的至少一种。与现有技术相比本专利技术的优点是：本专利技术公开的GaN基异质结变容管装置及其外延结构，以高电子漂移速度、高击穿电压、高稳定性的第三代宽禁带GaN作为基础，通过异质结外延结构的设计，即完成了肖特基整流功能的设计，器件工艺部分的金属-半导体接触仅涉及欧姆接触工艺部分，大大简化器件工艺流程和难度，且外延工艺设计本身技术成熟度高，可以实现不同厚度，甚至1-3nm厚度的外延层设计来完成肖特基整流特性的设计。InN-GaN-AlN的四元化合物半导体体系，禁带宽度0.7eV-3.4eV-6.2eV，异质结结构可选组分灵活多样，且异质结能带差异更大，以及引入半极化效应，对能带的调节作用等，具有比GaAs材料体系更广泛灵活的应用设计场景，且该GaN基异质结变容管具有比GaAs基异质结变容管更优异的C-V非线性特性，在倍频电路应用中，将具有更好的匹配和更高的倍频效率。且GaN基材料相比GaAs材料具有普遍认同的第三代半导体的优势，功率高、热稳定性好、抗环境效应好等优势，可以实现大功率应用，在大功率奇次倍频电路中有广泛的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。图1为本专利技术中GaN基异质结变容管装置的外延结构的结构示意图。图2为本专利技术中GaN基异质结变容管C-V非线性特性关系示意图。具体实施方式在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例一：参阅图1，一种GaN基异质结变容管装置，从下至上依次包括衬底11、高阻缓冲层12、第一层重掺杂导电层13、第一层低掺杂层14、宽禁带的势垒层15、第二层低掺杂层16和第二层重掺杂导电层17；第一层低掺杂层14、宽禁带的势垒层15和第二层低掺杂层16形成异质结势垒结构；所述高阻缓冲层12、第一层重掺杂导电层13、第一层低掺杂层14、宽禁带的势垒层15、第二层低掺杂层16和第二层重掺杂导电层17的材料均为GaN基材料。所述衬底11的材料为GaN、Si、蓝宝石和SiC中的一种，且衬底11的材料为非极性、半极性或极性。衬底11的厚度在100nm-1000μm范围内。所述高阻缓冲层12为高阻GaN、高阻InGaN、高阻AlGaN和高阻AlN中的一种。高阻缓冲层12的厚度在100nm-1000μm范围内。第一层重掺杂导电层13和第二层重掺杂导电层17的材料均为GaN、InGaN和AlGaN中的一种，且第一层重掺杂导电层13和第二层重掺杂导电层17的材料均为高掺杂的窄禁带n型。第一层重掺杂导电层13的厚度和第二层重掺杂导电层17的厚度均在50nm-5000nm范围内。第一层低掺杂层14和第二层低掺杂层16的材料为GaN、InGaN和AlGaN中的一种，第一层低掺杂层14和第二层低掺杂层16的材料均为低掺杂的窄禁带n型。第一层低掺杂层14的厚度和第二层低掺杂层16的厚度均在3nm-500nm范围内。宽禁带的势垒层15的材料为非掺杂的宽禁带AlGaN或非掺杂的宽禁带AlN。宽禁带的势垒层15的厚度在1nm-50nm范围内。实施例二：参阅图1，一种GaN基异质结变容管装置的外延结构，包括金属阳极18、金属阴极19和实施例一所述的GaN基异质结变容管装置；金属阳极18和金属阴极19之间存在凹槽20，凹槽20的底部为第一层重掺杂导电层13。金属阳极18和金属阴极19均与第二重掺杂导电层17之间形成良好的欧姆接触。金属阳极18的金属材料为Ti、Al、Ni、Cr、Pt、Cu、Ag、Au等中的一种或多种堆叠，但不限于上述金属类型；金属阴极19的金属材料为Ti、Al、Ni、Cr、Pt、Cu、Ag、Au等中的一种或多种堆叠，但不限于上述金属类型。金属阳极18的厚度和金属阳极19的厚度均在50nm-10μm范围内。以上所述仅为本专利技术的具体实施例，但本专利技术的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本专利技术的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本专利技术的专利范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基异质结变容管装置，其特征是：从下至上依次包括衬底(11)、高阻缓冲层(12)、第一层重掺杂导电层(13)、第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)、第二层低掺杂层(16)和第二层重掺杂导电层(17)；第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)和第二层低掺杂层(16)形成异质结势垒结构；所述高阻缓冲层(12)、第一层重掺杂导电层(13)、第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)、第二层低掺杂层(16)和第二层重掺杂导电层(17)的材料均为GaN基材料。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基异质结变容管装置，其特征是：从下至上依次包括衬底(11)、高阻缓冲层(12)、第一层重掺杂导电层(13)、第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)、第二层低掺杂层(16)和第二层重掺杂导电层(17)；第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)和第二层低掺杂层(16)形成异质结势垒结构；所述高阻缓冲层(12)、第一层重掺杂导电层(13)、第一层低掺杂层(14)、宽禁带的势垒层(15)、第二层低掺杂层(16)和第二层重掺杂导电层(17)的材料均为GaN基材料。2.根据权利要求1所述的一种GaN基异质结变容管装置，其特征是：所述衬底(11)的材料为GaN、Si、蓝宝石和SiC中的一种，且衬底(11)的材料为非极性、半极性或极性。3.根据权利要求1所述的一种GaN基异质结变容管装置，其特征是：所述高阻缓冲层(12)为高阻GaN、高阻InGaN、高阻AlGaN和高阻AlN中的一种。4.根据权利要求1所述的一种GaN基异质结变容管装置的外延结构，其特征是：第一层重掺杂导电层(13)和第二层重掺杂导电层(17)的材料均为GaN、InGaN和AlGaN中的一种，且第一层重掺杂导电层(13)和第二层重掺杂导电层(17)的材料均...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾建平，安宁，李倩，谭为，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51