本发明专利技术提供了一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层、AlN缓冲层、N型GaN层一、本征GaN层、N型GaN层二，电极层一位于N型GaN层二之上，电极层二位于N型GaN层一之上。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种如上述的面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管的制作方法。本发明专利技术具备低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的特点。本发明专利技术在零偏置电压附近，其二次和三次倍频增益平坦稳定，因此其具备低电压工作或者低功耗条件下的倍频能力。
【技术实现步骤摘要】
一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管以及制作方法
本专利技术涉及一种应用于倍频器领域的氮化镓二极管器件，本专利技术还涉及一种该氮化镓二极管器件的制作方法。
技术介绍
传统无源倍频器是基于普通的肖特基二极管制作而成。但是单个器件的二次和三次倍频能力受偏置电压的影响较大，并且在三次倍频中，较大偶次谐波分量恶化了三次倍频的性能。因此，为了输出高性能的倍频信号，目前常常采用的解决方案有：1)通过施加不同的直流偏置，以获得稳定的二次和三次倍频增益；2)使用两个二极管的并联组网，通过二极管的反向并联，在一定程度上抑制了偶次谐波的输出，最终提升三次倍频的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的氮化镓二极管器件及其制作方法。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层、AlN缓冲层、N型GaN层一、本征GaN层、N型GaN层二，电极层一位于N型GaN层二之上，电极层二位于N型GaN层一之上，并且环绕N型GaN层一侧壁外侧，电极层一及电极层二构成一对电极结构，N型GaN层一及N型GaN层二构成两层N型掺杂区，本征GaN层构成一层本征区。优选地，所述N型GaN层一与所述N型GaN层二的掺杂类型相同、掺杂浓度相等，并通过调整所述电极层二所在深度，达到正反偏置电压下，氮化镓双向导通二极管电流的绝对数值对称。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种如上述的面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选择蓝宝石衬底作为蓝宝石衬底层，并且在此蓝宝石衬底层上生长氮化铝缓冲层作为AlN缓冲层；S2：基于含AlN缓冲层的蓝宝石衬底层，依次生长不同型号的氮化镓层，包括N型GaN层一、本征GaN层和N型GaN层二，其中，N型GaN层一的厚度为1μm、n型掺杂、掺杂浓度为1×1018cm-3，本征GaN层的厚度为1μm、不掺杂，N型GaN层二的厚度为500nm、n型掺杂、掺杂浓度为1×1018cm-3；S3：在N型GaN层二上生长一层二氧化硅层；S4：二氧化硅层经过刻蚀后形成特定的掩膜层；S5：基于掩膜层，继续刻蚀氮化镓层至N型GaN层一；S6：去除掩膜层；S7：生长电极层，经过光刻后分别形成两个独立的电极层一和电极层二。本专利技术设计了一款新型氮化镓二极管器件，具备低电压、倍频增益稳定和较好偶次谐波抑制的特点。本专利技术在零偏置电压附近，其二次和三次倍频增益平坦稳定，因此其具备低电压工作或者低功耗条件下的倍频能力。同时由于本专利技术的对称掺杂结构，使其具备双向导通的特征，等效成两个单向导通的普通二极管并联组网。因此本专利技术天然具备偶次谐波抑制的能力。通过二次和三次倍频实验，测试数据表明单器件的三次与二次倍频增益比值较大且稳定。因此在倍频应用上，本专利技术可以采用单器件代替两个二极管器件，从而减少了倍频器使用的器件数量。附图说明图1为本专利技术提供的一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管二维剖面示意图；图2为直流特性曲线；图3为二次倍频增益；图4为三次倍频增益；图5为倍频增益比：三次/二次；图6为倍频输出功率；图7至图11为本专利技术的制作方法的过程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示，本专利技术提供的一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管包括衬底、缓冲层、两层N型掺杂区、一层本征区和一对电极结构。其中，由下至上分别为蓝宝石衬底层1、AlN缓冲层2、N型GaN层一3、本征GaN层一4、N型GaN层二5。电极层一6位于N型GaN层二5之上，电极层二7位于N型GaN层一3之上，并电极层二7环绕N型GaN层一3侧壁外侧。本专利技术由于其较为对称的掺杂结构，使其天然具备双向导通的特征，等效成两个单向导通的普通二极管并联。该并联电路在倍频应用中具有偶次谐波抑制能力，因此本专利技术表现出单器件的三次与二次倍频增益比值较大且稳定的优点。本专利技术中的氮化镓双向导通二极管，由于生长了掺杂类型相同、掺杂浓度相等的两层N型GaN层，并通过调整电极层二7的所在深度，达到正反偏置电压下，器件电流的绝对数值对称。其直流特性曲线如图2所示。由于本专利技术具备双向导通的特征，因此可以等效成两个单向导通的普通二极管并联。本专利技术适用于低功耗的倍频应用场景。在低直流偏置电压下，本专利技术的倍频增益均较为稳定。其二次/三次倍频增益在-2V和2V偏置范围内的表现，分别如图3、4所示。由于具备双向导通的特征，本专利技术存在较好的偶次谐波抑制能力，因此其三次倍频表现较好。在-2V和2V的偏置电压范围内，三次与二次倍频增益比稳定在-5.6dB左右，如图5所示。本专利技术的倍频功率呈现线性递增的特征，可以通过增加输入的基波功率，来提升输出的倍频信号功率。如图6所示，二次和三次倍频的输出功率，均随着输入信号的功率增加而提升。上述氮化镓双向导通二极管制作方法包括以下步骤：S1：选择蓝宝石衬底作为蓝宝石衬底层1，并且在此蓝宝石衬底层1上生长氮化铝缓冲层作为AlN缓冲层2；S2：如图7所示，基于含AlN缓冲层2的蓝宝石衬底层1，依次生长不同型号的氮化镓层，包括N型GaN层一3、本征GaN层4和N型GaN层二5，其中，N型GaN层一3的厚度为1μm、n型掺杂、掺杂浓度为1×1018cm-3，本征GaN层4的厚度为1μm、不掺杂，N型GaN层二5的厚度为500nm、n型掺杂、掺杂浓度为1×1018cm-3；S3：如图8所示，在N型GaN层二5上生长一层二氧化硅层8；S4：如图9所示，二氧化硅层8经过刻蚀后形成特定的掩膜层；S5：如图10所示，基于掩膜层，继续刻蚀氮化镓层至N型GaN层一3；S6：如图11所示，去除掩膜层；S7：如图1所示，生长电极层，经过光刻后分别形成两个独立的电极层一6和电极层二7。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层(1)、AlN缓冲层(2)、N型GaN层一(3)、本征GaN层(4)、N型GaN层二(5)，电极层一(6)位于N型GaN层二(5)之上，电极层二(7)位于N型GaN层一(3)之上，电极层二(7)环绕N型GaN层一(3)侧壁外侧，电极层一(6)及电极层二(7)构成一对电极结构，N型GaN层一(3)及N型GaN层二(5)构成两层N型掺杂区，本征GaN层(4)构成一层本征区。/n
【技术特征摘要】
1.一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，包括由下至上布置的蓝宝石衬底层(1)、AlN缓冲层(2)、N型GaN层一(3)、本征GaN层(4)、N型GaN层二(5)，电极层一(6)位于N型GaN层二(5)之上，电极层二(7)位于N型GaN层一(3)之上，电极层二(7)环绕N型GaN层一(3)侧壁外侧，电极层一(6)及电极层二(7)构成一对电极结构，N型GaN层一(3)及N型GaN层二(5)构成两层N型掺杂区，本征GaN层(4)构成一层本征区。
2.如权利要求1所述的一种面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管，其特征在于，所述N型GaN层一(3)与所述N型GaN层二(5)的掺杂类型相同、掺杂浓度相等，并通过调整所述电极层二(7)所在深度，达到正反偏置电压下，氮化镓双向导通二极管电流的绝对数值对称。
3.一种如权利要求1所述的面向倍频应用的氮化镓双向导通二极管的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭好文，邹新波，杨杨，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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