本发明专利技术公开了一种增强型线性梯度掺杂ＧａＡｓ平面耿氏二极管，包括：用于支撑整个ＧａＡｓ平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面Ｎ＋层；在下底面Ｎ＋层上继续外延生长的线性梯度掺杂Ｎ型层；在线性梯度掺杂Ｎ型层上外延生长的Ｎ－型层；在Ｎ－型层上外延生长的高掺杂上表面Ｎ＋层；经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面Ｎ＋层和上表面Ｎ＋层上形成的台面结构；在上表面Ｎ＋型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及在下底面Ｎ＋型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。本发明专利技术同时公开了一种增强型线性梯度掺杂ＧａＡｓ平面耿氏二极管的制作方法。利用本发明专利技术，提高了毫米波、亚毫米波范围振荡电路的工作频率，增强了直流到射频信号的转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波器件中二极管
，尤其涉及一种增强型线性梯度掺杂GaAs 平面耿氏二极管及其制作方法。
技术介绍
以耿氏二极管等非线性器件为核心的振荡器常用作高频本振源。耿氏二极管是毫 米波段振荡器的有源非线性器件，由于高质量半导体材料的制造、加工工艺和装配等技术 的不断发展，使得器件表现出卓越的性能。同时耿氏二极管制备过程简单，结构灵活，所以 它们不仅作为各类接收机混频器的本振源，而且在雷达、通信、空间技术等方面可以作为中 小功率的信号源，是目前应用最广泛的半导体振荡器。传统的耿氏二极管，材料结构中不包含N_层，而且在N型层上采用均勻掺杂，主体 结构为两端垂直结构。这种掺杂结构的双端Gurm 二极管，在毫米波、亚毫米波频率范围内， N型有源区的有效长度减小，射频输出功率和转换效率减弱；这种掺杂结构的Gurm 二极管 不能利用直流电压直接对输出振荡频率调谐 ’双端Gurm 二极管不利于实现单片集成，导致 系统中需要大量的器件载体、外接偏置电路和金属波导等体积较大的组件。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏 二极管，在线性梯度掺杂的N型层上外延生长N—型层，有源区的掺杂由传统的均勻掺杂变 为线性梯度掺杂，保证N型有源区的有效长度不变，增强直流电压直接对输出振荡频率调 谐的能力，增强直流到射频信号的转换效率；器件结构由垂直双端结构变为平面结构，减少 系统中大量的器件载体、外接偏置电路和金属波导等体积较大的组件，实现单片集成。本专利技术的另一个目的在于提供一种GaAs平面耿氏二极管的制作方法，其制作方 法与集成电路工艺相兼容，便于制作毫米波、亚毫米波范围内的集成振荡电路。( 二)技术方案为达到上述一个目的，本专利技术提供了一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二 极管，该二极管包括用于支撑整个GaAs平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面N+层；在下底面N+层上继续外延生长的线性梯度掺杂N型层；在线性梯度掺杂N型层上外延生长的N_型层；在N—型层上外延生长的高掺杂上表面N+层；经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面N+层和上表面N+层上形成的台面结构；在上表面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及在下底面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。上述方案中，所述半导体绝缘衬底是半导体绝缘GaAs衬底。上述方案中，所述N型层与所述N_型层之间的交界处为低掺杂，所述N型层与所 述下表面N+层之间的交界处为高掺杂；从N型层与N_型层之间界面到下表面N+层与N层 界面之间的掺杂浓度满足线性梯度掺杂分布。为达到上述另一个目的，本专利技术提供了一种GaAs平面耿氏二极管的制作方法，该 方法包括A、在半导体绝缘衬底上外延生长高掺杂的下底面N+层；B、在下底面N+层上外延生长的线性梯度掺杂的N型层；C、在线性梯度掺杂的N型层上生长的N—型层；D、在N—型层上生长的高掺杂的上表面N+层；E、采用湿法刻蚀减小上表面N+层和下底面N+层的面积，形成上表面N+层与下底 面N+层的台面结构；F、在上表面N+层和下底面N+层上分别蒸发金属形成欧姆接触；G、采用湿法刻蚀，形成半导体绝缘衬底的台面结构；在该半导体绝缘衬底的台面 结构上蒸发金属形成上、下电极引线，通过制作空气桥把上表面N+型层上的电极引出。上述方案中，所述半导体绝缘衬底是半导体绝缘GaAs衬底。上述方案中，所述在半导体绝缘衬底的台面结构上蒸发金属形成的上、下电极引 线采用的金属为Ti/Pt/Au。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1，本专利技术提供的这种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，在在线性梯度 掺杂的N型层上外延生长了 N—型层，保证N型有源区的有效长度不变，使得在毫米波、亚毫 米波频率范围内，增加射频输出功率和转换效率。2、本专利技术提供的这种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，N型层采用线性 梯度掺杂。这种结构的耿氏二极管，有利于用直流电压直接对输出振荡频率调谐，有利于提 高毫米波振荡电路直流到射频信号转换效率。3、本专利技术提供的这种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，在半导体绝缘 GaAs衬底、下底面N+层和上表面N+层形成台面结构，下底面N+层上蒸发金属形成下电极， 上表面N+型层上蒸发金属形成上电极。通过制作空气桥，上电极由空气桥与半导体绝缘 GaAs衬底上的下电极引线相连引出。这种空气桥结构的耿氏二极管有利于器件热输导，提 高器件的热稳定性。4、本专利技术提供的这种增强型线性梯度掺杂的GaAs平面耿氏二极管，制作简便，易 于应用在平面集成振荡电路中，不需要额外的载体器件，易于实现单片集成。附图说明图1为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管载流子浓度分布 图；图2为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管I_V仿真曲线；图3为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管的截面图；图4为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管的俯视图；图5为本专利技术提供的制作增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管的方法流程 图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管材料 结构的载流子浓度分布图。如图2所示，图2为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管材料 结构的直流仿真结果。从图中可以看出当外加直流电压大于1.8伏时，耿氏二极管表现出 负微分电阻特性。如图3所示，图3为本专利技术提供的增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管的截 面图。所述截面图是沿增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管下电极两端的垂直于衬 底的截面图。该GaAs平面耿氏二极管包括用于支撑整个GaAs平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面N+层；在下底面N+层上继续外延生长的线性梯度掺杂N型层；在线性梯度掺杂N型层上外延生长的N—型层；在N—型层上外延生长的高掺杂上表面N+层；经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面N+层和上表面N+层上形成的台面结构；在上表面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及在下底面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。如图4所示，图4为本专利技术提供的该GaAs平面耿氏二极管的俯视图。结合图3和 图4可知，本专利技术提供的这种二极管是一种台面结构，上电极金属由空气桥引出。这种结构 应用在电路中具有很大的灵活性，便于单片集成，节约成本。基于图3和图4所示的GaAs平面耿氏二极管示意图，图5示出了本专利技术提供的制 作GaAs平面耿氏二极管的方法流程图，该方法包括以下步骤步骤1 在半导体绝缘衬底上外延生长高掺杂的下底面N+层；步骤2 在下底面N+层上外延生长的线性梯度掺杂的N型层；步骤3 在线性梯度掺杂的N型层上生长的N—型层；步骤4 在N—型层上生长的高掺杂的上表面N+层；步骤5 采用湿法刻蚀减小上表面N+层和下底面N+层的面积，形成上表面N+层与 下底面N+层的台面结构；步骤6 在上表面N+层和下底面N+层上分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增强型线性梯度掺杂ＧａＡｓ平面耿氏二极管，其特征在于，该二极管包括：用于支撑整个ＧａＡｓ平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面Ｎ↑［＋］层；在下底面Ｎ↑［＋］层上继续外延生长的线性梯度掺杂Ｎ型层；在线性梯度掺杂Ｎ型层上外延生长的Ｎ↑［－］型层；在Ｎ↑［－］型层上外延生长的高掺杂上表面Ｎ↑［＋］层；经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面Ｎ↑［＋］层和上表面Ｎ↑［＋］层上形成的台面结构；在上表面Ｎ↑［＋］型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及在下底面Ｎ↑［＋］型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。
【技术特征摘要】
1.一种增强型线性梯度掺杂GaAs平面耿氏二极管，其特征在于，该二极管包括用于支撑整个GaAs平面耿氏二极管的半导体绝缘衬底；在半导体绝缘衬底上外延生长的高掺杂下底面N+层；在下底面N+层上继续外延生长的线性梯度掺杂N型层；在线性梯度掺杂N型层上外延生长的N—型层；在N—型层上外延生长的高掺杂上表面N+层；经过挖岛和隔离两个工艺步骤，在下底面N+层和上表面N+层上形成的台面结构；在上表面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的上电极；以及在下底面N+型层上蒸发金属形成欧姆接触的下电极。2.根据权利要求1所述的GaAs平面耿氏二极管，其特征在于，所述半导体绝缘衬底是 半导体绝缘GaAs衬底。3.根据权利要求1所述的GaAs平面耿氏二极管，其特征在于，所述N型层与所述N—型 层之间的交界处为低掺杂，所述N型层与所述下表面N+层之间的交界处为高掺杂；从N型 层与N—型层之间界面到下表面N+层与N层界面之间的掺杂浓度满足线性梯度掺杂分布。4....
【专利技术属性】
技术研发人员：黄杰，杨浩，董军荣，吴茹菲，张海英，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11
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