极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管及其制备方法，上述的极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管包括衬底、缓冲层、沟道、阳极及阴极；缓冲层设于衬底上，多个沟道依次叠加设于缓冲层背离衬底的一侧；沟道包括沟道层和势垒层，势垒层设于沟道层上，两者叠加布设；沟道层与势垒层的接触面通过自发极化和压电极化产生二维电子气(2DEG)；阳极和阴极分别设于二维电子气的两侧，且与二维电子气接触；其中，势垒层为非故意掺杂的ε

【技术实现步骤摘要】
极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波是一种频率在0.1～10THz之间的电磁波，与微波技术相比，具有更高的分辨率，与光波技术相比，具有更低的能量和更好的穿透能力。电子转移器件(又称耿氏二极管)被认为是一种极具潜力的太赫兹信号源发生器件。
[0003]耿氏二极管主要是利用半导体中电子在导带中从主能谷转移到子能谷而产生负微分效应而制成的实用性器件。用来制作耿氏二极管的材料需满足以下条件：1.半导体导带中应具备多能谷结构，且能量差必须大于几个KT，以满足室温下全部电子处于主能谷中；2.与电子在次能谷相比，主能谷中电子须具有更低有效质量、更高的迁移率，以实现负微分电阻效应；3.能谷间的能量差应小于禁带宽度，以防止电子转移开始之前发生跨越禁带的碰撞雪崩离化。
[0004]目前大量应用的耿氏二极管主要以传统的三五族化合物砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)为主，但其应用均存在一定的缺陷：
[0005]对于以砷化镓(GaAs)制作的耿氏二极管，受限于较窄的能带宽度(1.42eV)和较小的击穿电场(0.4MV/cm)，器件的负阻振荡基频频率小于150GHz且输出功率偏低(仅在毫瓦量级)，且AlGaAs/GaAs异质结极化弱，需要调制掺杂层，外延结构复杂，使其应用受到限制。对于以氮化镓(GaN)制作的耿氏二极管，则由于异质衬底外延缺陷密度大，会降低电子迁移率，增加导通电阻，同时缺陷能级会导致对电子的俘获，以至于削弱耿氏效应，降低器件的耐压特性和抗辐照特性。
[0006]因此，基于上述缺陷，本专利技术提出来一种新的极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管，以作为更加理想的制备太赫兹信号源发生器件的半导体材料。

技术实现思路

[0007]基于上述表述，本专利技术提供了一种极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管及其制备方法，以提供一种具有高耐压、耿氏效应强、死区短、抗辐照能力强、高输出功率及较低材料结构复杂度优势的耿氏二极管作为制备太赫兹信号源发生器件的半导体材料。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管，包括：衬底、缓冲层、沟道、阳极及阴极；
[0010]所述缓冲层设于所述衬底上，多个所述沟道依次叠加设于所述缓冲层背离所述衬底的一侧；
[0011]所述沟道包括沟道层和势垒层，所述势垒层设于所述沟道层上，两者叠加布设；所述沟道层与所述势垒层的接触面通过自发极化和压电极化构建形成有二维电子气；
[0012]所述阳极和所述阴极分别设于所述二维电子气的两侧，且与所述二维电子气接触；
[0013]其中，所述势垒层非故意掺杂的为ε
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3层，所述沟道层为非故意掺杂的ε
‑
Ga2O3层。
[0014]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0015]进一步地，所述沟道层和所述势垒层相互层叠，两侧构建形成有第一凹槽和第二凹槽的结构。
[0016]进一步地，所述极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管还包括间隔布设的第一接触层和第二接触层；
[0017]所述第一接触层设于所述第一凹槽，且所述第一接触层的底部与所述缓冲层接触，所述阳极设于所述第一接触层上；
[0018]所述第二接触层设于所述第二凹槽，且所述第二接触层的底部与所述缓冲层接触，所述阴极设于所述第二接触层上。
[0019]进一步地，所述衬底为掺Fe的ε
‑
Ga2O3衬底。
[0020]进一步地，所述缓冲层为非故意掺杂的ε
‑
Ga2O3层。
[0021]进一步地，所述第一接触层和第二接触层均为重掺杂N型ε
‑
Ga2O3层。
[0022]第二方面，本专利技术还提供一种用于制备如第一方面中任一项所述的极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管的制备方法，包括：
[0023]在衬底上依次外延生长缓冲层和沟道层；
[0024]在所述沟道层上外延生长势垒层；
[0025]在所述势垒层依次生长所述沟道层和所述势垒层，形成所述沟道层和所述势垒层交叠的多层结构；
[0026]分别在所述多层结构的两侧沉积金属，得到阳极和阴极。
[0027]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0028]进一步地，在所述形成所述沟道层和所述势垒层交叠的多层结构之后，还包括：
[0029]采用沉积的方式，在处于表面的所述势垒层上形成硬掩模；
[0030]将软掩模图案转移至所述硬掩模上，利用干法刻蚀在所述多层结构的两侧刻蚀出第一凹槽和第二凹槽。
[0031]进一步地，在所述刻蚀出第一凹槽和第二凹槽之后，还包括：
[0032]采用分子束外延术在所述第一凹槽和所述第二凹槽处再生长出第一接触层和第二接触层；
[0033]采用湿法腐蚀去除硬掩模。
[0034]进一步地，所述分别在所述多层结构的两侧沉积金属，得到阳极和阴极，具体包括：
[0035]将金属沉积于所述第一接触层上，得到所述阳极；
[0036]将金属沉积于所述第二接触层上，得到所述阴极；
[0037]对所述第一接触层和所述第二接触层进行退火处理，使所述阳极和所述阴极与所述接触层形成欧姆接触。
[0038]与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
[0039]本专利技术提供的极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管设置有衬底、缓冲层、沟道、阳极及阴极；缓冲层设于衬底上，多个沟道依次叠加设于缓冲层背离衬底的一侧；其中，沟道包括沟道层和势垒层，势垒层设于沟道层上，两者叠加布设，势垒层为非故意掺杂的ε
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3层，沟道层为非故意掺杂的ε
‑
Ga2O3层，沟道层与势垒层的接触面通过自发极化和压电极化产生二维电子气，阳极和阴极分别设于二维电子气的两侧，且与二维电子气欧姆接触。即通过选用Ga2O3作为制作半导体器件的材料，凭借其具有的超宽禁带宽度和高临界击穿场强的特性，以提高器件的耐压和抗辐照性能。同时，选用ε相的Ga2O3作为异质结材料，凭借其本身强的自发极化特性，使得器件能够通过自发极化和压电极化在ε
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3/Ga2O3异质结界面处产生2DEG，提高沟道的限域性和迁移率，并且改善外延结构的复杂度。
[0040]相较于现有技术，该极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管能够具有如下优点：
[0041](1)高耐压：对于GaAs和GaN，ε
‑
Ga2O3的具有～5eV的禁带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管，其特征在于，包括：衬底、缓冲层、沟道、阳极及阴极；所述缓冲层设于所述衬底上，多个所述沟道依次叠加设于所述缓冲层背离所述衬底的一侧；所述沟道包括沟道层和势垒层，所述势垒层设于所述沟道层上，两者叠加布设；所述沟道层与所述势垒层的接触面通过自发极化和压电极化产生二维电子气；所述阳极和所述阴极分别设于所述二维电子气的两侧，且与所述二维电子气接触；其中，所述势垒层为非故意掺杂的ε
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3层，所述沟道层为非故意掺杂的ε
‑
Ga2O3层。2.根据权利要求1所述的极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管，其特征在于，所述沟道层和所述势垒层相互层叠，两侧构建形成有第一凹槽和第二凹槽的结构。3.根据权利要求2所述的极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管，其特征在于，所述极性氧化镓异质结多沟道的耿氏二极管还包括间隔布设的第一接触层和第二接触层；所述第一接触层设于所述第一凹槽，且所述第一接触层的底部与所述缓冲层接触，所述阳极设于所述第一接触层上；所述第二接触层设于所述第二凹槽，且所述第二接触层的底部与所述缓冲层接触，所述阴极设于所述第二接触层上。4.根据权利要求1所述的极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管，其特征在于，所述衬底为掺Fe的ε
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Ga2O3衬底。5.根据权利要求1所述的极性氧化镓异质结多沟道耿氏二极管，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴畅，王凯，周瑞，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：发明
国别省市：