專利名稱：一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波器件中二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種線性梯度摻雜的GaAs平 面耿氏二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
以耿氏二極管等非線性器件為核心的振蕩器常用作高頻本振源。耿氏二極管是毫 米波段振蕩器的有源非線性器件，由于高質(zhì)量半導(dǎo)體材料的制造、加工工藝和裝配等技術(shù) 的不斷發(fā)展，使得器件表現(xiàn)出卓越的性能。同時耿氏二極管制備過程簡單，結(jié)構(gòu)靈活，所以 它們不僅作為各類接收機(jī)混頻器的本振源，而且在雷達(dá)、通信、空間技術(shù)等方面可以作為中 小功率的信號源，是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體振蕩器。傳統(tǒng)的耿氏二極管，在N—型層上采用均勻摻雜，且主要采用垂直結(jié)構(gòu)。這種摻雜 的雙端Gurm 二極管，不能利用直流電壓直接對輸出振蕩頻率調(diào)諧，不利于實現(xiàn)單片集成， 導(dǎo)致系統(tǒng)中需要大量的器件載體、外接偏置電路和金屬波導(dǎo)等體積較大的組件。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極 管，有源區(qū)的摻雜由傳統(tǒng)的摻雜變?yōu)榫€性梯度摻雜，增強(qiáng)直流到射頻信號的轉(zhuǎn)換效率；器件 結(jié)構(gòu)由垂直結(jié)構(gòu)變?yōu)槠矫娼Y(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)中大量的器件載體、外接偏置電路和金屬波導(dǎo)等 體積較大的組件，實現(xiàn)單片集成。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種GaAs平面耿氏二極管的制作方法，其制作方 法與集成電路工藝相兼容，便于制作毫米波、亞毫米波范圍內(nèi)的集成振蕩電路。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述一個目的，本發(fā)明提供了一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管， 該二極管包括用于支撐整個GaAs平面耿氏二極管的半導(dǎo)體絕緣襯底；在半導(dǎo)體絕緣襯底上外延生長的高摻雜的下底面N+層；在下底面N+層上繼續(xù)外延生長的線性梯度摻雜的N—型層；在線性梯度摻雜的N—型層上外延生長重?fù)诫s的上表面N+層；經(jīng)過挖島和隔離兩個工藝步驟，在上表面N+層與下底面N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在上表面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的上電極；以及在下底面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。上述方案中，所述半導(dǎo)體絕緣襯底是半導(dǎo)體絕緣GaAs襯底。上述方案中，所述N—型層與所述下底面N+層交界處為高摻雜，所述N—型層與所述 上表面N+層交界處為低摻雜，從下底面N+層與N—型層之間界面到上表面N+層與N—型層界 面之間摻雜濃度滿足線性梯度摻雜分布。
上述方案中，所述上表面N+層上的上電極采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。上述方案中，所述下底面N+層上的下電極采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。為達(dá)到上述的另一個目的，本發(fā)明提供了一種GaAs平面耿氏二極管的制作方法， 該方法包括A、在半絕緣襯底上外延生長高摻雜的下底面N+層；B、在N+層上生長線性梯度摻雜的N—型層；C、在線性梯度摻雜的N—型層上生長高摻雜的上表面N+層；D、采用濕法刻蝕減小上表面N+層和下底面N+層的面積，形成上表面N+層與下底 面N+層的臺面結(jié)構(gòu)；E、在上表面N+層和下底面N+層上分別蒸發(fā)上電極和下電極金屬，形成歐姆接觸；F、對上電極和下電極金屬進(jìn)行退火處理；G、采用濕法刻蝕，形成絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)；在整個耿氏二極管器件表面淀積氮 化硅；在絕緣襯底的臺面上蒸發(fā)金屬形成上、下電極引線，把上、下底面N+型層上的兩電極 引出。上述方案中，所述半導(dǎo)體絕緣襯底是半導(dǎo)體絕緣GaAs襯底。上述方案中，所述半導(dǎo)體絕緣襯底上的引線采用的金屬為Ti/Pt/Au。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管，N—型層采用線性梯度 摻雜。這種結(jié)構(gòu)的耿氏二極管，有利于用直流電壓直接對輸出振蕩頻率調(diào)諧，有利于提高毫 米波振蕩電路直流到射頻信號轉(zhuǎn)換效率。2、本發(fā)明提供的這種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管，絕緣GaAs襯底與下 底面N+層形成臺面結(jié)構(gòu)，下底面N+層上蒸發(fā)金屬形成下電極，上表面N+型層上蒸發(fā)金屬形 成上電極。上、下電極通過半導(dǎo)體絕緣GaAs襯底上的電極引線分別引出。這種結(jié)構(gòu)靈活， 易于應(yīng)用在平面集成振蕩電路中，且不需要額外的載體器件。3、本發(fā)明提供的這種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管，制作簡便，易于實現(xiàn) 單片集成。


圖1為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管載流子濃度分布圖；圖2為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管I_V仿真曲線；圖3為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管的截面圖；圖4為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管的俯視圖。圖5為本發(fā)明提供的制作線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的GaAs平面耿氏二極管的線性梯度摻雜載流子濃度分布圖。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管材料結(jié)構(gòu) 的直流仿真結(jié)果。從圖中可以看出當(dāng)外加直流電壓大于1.8伏時，耿氏二極管表現(xiàn)出負(fù)阻 特性。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管的截面 圖。所述截面圖是沿線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管上、下電極兩端的垂直于襯底的 截面圖。該GaAs平面耿氏二極管包括用于支撐整個GaAs平面耿氏二極管的半導(dǎo)體絕緣襯底；在半導(dǎo)體絕緣襯底上外延生長的高摻雜的下底面N+層；在下底面N+層上繼續(xù)外延生長的線性梯度摻雜的N—型層；在線性梯度摻雜的N—型層上外延生長重?fù)诫s的上表面N+層；經(jīng)過挖島和隔離兩個工藝步驟，在上表面N+層與下底面N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在上表面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的上電極；以及在下底面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的該GaAs平面耿氏二極管的俯視圖。結(jié)合圖3和 圖4可知，本發(fā)明提供的這種二極管是一種臺面結(jié)構(gòu)，上、下電極由引線引出。這種結(jié)構(gòu)應(yīng) 用在電路中具有很大的靈活性，便于單片集成，節(jié)約成本?；趫D3和圖4所示的GaAs平面耿氏二極管示意圖，圖5示出了本發(fā)明提供的制 作GaAs平面耿氏二極管的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 在半絕緣襯底上外延生長高摻雜下底面N+層；步驟2 在高摻雜下底面N+層上生長線性梯度摻雜的N—型層；步驟3 在線性梯度摻雜的N—型層上生長高摻雜的上表面N+層；步驟4 采用濕法刻蝕減小上表面N+型層的面積，形成上表面N+型層和下底面的 臺面結(jié)構(gòu)；步驟5 在上表面N+型層，下底面N+層蒸發(fā)金屬形成上、下電極歐姆接觸；步驟6 對上、下電極金屬進(jìn)行退火處理；步驟7 采用濕法刻蝕形成絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)；步驟8 在整個耿氏二極管器件表面淀積氮化硅；在絕緣襯底的臺面上蒸發(fā)金屬 形成上、下電極引線，把上、下底面N+型層上的兩電極引出。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管，其特征在于，該二極管包括用于支撐整個GaAs平面耿氏二極管的半導(dǎo)體絕緣襯底；在半導(dǎo)體絕緣襯底上外延生長的高摻雜的下底面N+層；在下底面N+層上繼續(xù)外延生長的線性梯度摻雜的N—型層；在線性梯度摻雜的N—型層上外延生長重?fù)诫s的上表面N+層；經(jīng)過挖島和隔離兩個工藝步驟，在上表面N+層與下底面N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在上表面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的上電極；以及在下底面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs平面耿氏二極管，其特征在于，所述半導(dǎo)體絕緣襯底是 半導(dǎo)體絕緣GaAs襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs平面耿氏二極管，其特征在于，所述N—型層與所述下底 面N+層交界處為高摻雜，所述N—型層與所述上表面N+層交界處為低摻雜，從下底面N+層與 N—型層之間界面到上表面N+層與N—型層界面之間摻雜濃度滿足線性梯度摻雜分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs平面耿氏二極管，其特征在于，所述上表面N+層上的上 電極采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs平面耿氏二極管，其特征在于，所述下底面N+層上的下 電極采用的金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。
6.一種GaAs平面耿氏二極管的制作方法，其特征在于，該方法包括A、在半絕緣襯底上外延生長高摻雜的下底面N+層；B、在N+層上生長線性梯度摻雜的N—型層；C、在線性梯度摻雜的N—型層上生長高摻雜的上表面N+層；D、采用濕法刻蝕減小上表面N+層和下底面N+層的面積，形成上表面N+層與下底面N+ 層的臺面結(jié)構(gòu)；E、在上表面N+層和下底面N+層上分別蒸發(fā)上電極和下電極金屬，形成歐姆接觸；F、對上電極和下電極金屬進(jìn)行退火處理；G、采用濕法刻蝕，形成絕緣襯底的臺面結(jié)構(gòu)；在整個耿氏二極管器件表面淀積氮化硅； 在絕緣襯底的臺面上蒸發(fā)金屬形成上、下電極引線，把上、下底面N+型層上的兩電極引出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GaAs平面耿氏二極管的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體 絕緣襯底是半導(dǎo)體絕緣GaAs襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GaAs平面耿氏二極管的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體 絕緣襯底上的引線采用的金屬為Ti/Pt/Au。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管，包括用于支撐整個GaAs平面耿氏二極管的半導(dǎo)體絕緣襯底；在半導(dǎo)體絕緣襯底上外延生長的高摻雜的下底面N+層；在下底面N+層上繼續(xù)外延生長的線性梯度摻雜的N-型層；在線性梯度摻雜的N-型層上外延生長重?fù)诫s的上表面N+層；經(jīng)過挖島和隔離兩個工藝步驟，在上表面N+層與下底面N+層上形成的臺面結(jié)構(gòu)；在上表面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的上電極；以及在下底面N+層上蒸發(fā)金屬形成歐姆接觸的下電極。本發(fā)明公開了一種線性梯度摻雜的GaAs平面耿氏二極管的制作方法。利用本發(fā)明，提高了毫米波、亞毫米波范圍振蕩電路的工作頻率，增強(qiáng)了直流到射頻的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L47/02GK102074652SQ20091023876
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者吳茹菲, 張海英, 楊浩, 董軍榮, 黃杰 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所