一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，涉及太赫茲頻段肖特基二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，包括半絕緣GaAs襯底、半絕緣GaAs襯底上的重?fù)诫sGaAs層、重?fù)诫sGaAs層上的低摻雜GaAs層、二氧化硅層、歐姆接觸金屬層和鈍化層，其特征在于所述鈍化層均為金剛石。采用高熱導(dǎo)率的金剛石作為太赫茲肖特基倍頻二極管的鈍化層，大大改善了肖特基二極管的散熱性能，提高了肖特基二極管的倍頻效率。
【專利說明】一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及太赫茲頻段肖特基二極管【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在太赫茲(THz)頻率低端范圍內(nèi)，通常采用半導(dǎo)體器件倍頻方法獲得固態(tài)源。該方法是將毫米波通過非線性半導(dǎo)體器件倍頻至THz頻段，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于調(diào)節(jié)、壽命長，波形可控，常溫工作等優(yōu)點(diǎn)。目前短波長亞毫米波、THz固態(tài)源主要依靠倍頻的方式獲得。利用肖特基二極管器件實(shí)現(xiàn)高效倍頻不僅電路結(jié)構(gòu)簡單、倍頻效率較高，還兼有振蕩源具有的較高輸出功率、倍頻放大鏈高頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)肖特基二極管器件可穩(wěn)定工作于30GHC3000GHz整個(gè)毫米波及亞毫米波頻段。目前先進(jìn)的變?nèi)荻O管(RAL和VDI等研究機(jī)構(gòu)生產(chǎn))已經(jīng)可以工作于3.1THz，具有良好的連續(xù)波功率和效率。因此肖特基二極管高效倍頻技術(shù)非常適于高性能的毫米波、亞毫米波、THz系統(tǒng)，是一種極具研究、應(yīng)用價(jià)值的THz頻率源技術(shù)。由于具有極小的結(jié)電容和串聯(lián)電阻，高的電子漂移速度，平面GaAs肖特基二極管已經(jīng)在THz頻段上得到了廣泛的應(yīng)用，是THz【技術(shù)領(lǐng)域】中核心的固態(tài)電子器件。
[0003]對(duì)于太赫茲頻段，由于頻段高，輸入倍頻器的基波功率有限，為了得到更大的輸出功率，因此有必要提高倍頻器的倍頻效率。已有研究表明，當(dāng)肖特基二極管用于倍頻時(shí)，散熱對(duì)其效率有很大影響。溫度升高，肖特基倍頻二極管的效率降低。因此十分有必要降低倍頻器件的工作溫度，也就是起到核心非線性作用的肖特基二極管的工作溫度?，F(xiàn)有技術(shù)采用二氧化硅作為鈍化層，其散熱效果不佳，導(dǎo)致肖特基二極管倍頻效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，采用高熱導(dǎo)率的金剛石作為倍頻二極管的鈍化層，有效的改進(jìn)了太赫茲倍頻肖特基二極管的散熱，提高了太赫茲倍頻肖特基二極管的倍頻效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，包括半絕緣GaAs襯底、半絕緣GaAs襯底上的重?fù)诫sGaAs層、重?fù)诫sGaAs層上的低摻雜GaAs層、二氧化硅層、歐姆接觸金屬層和鈍化層，其特征在于所述鈍化層均為金剛石。
[0006]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述金剛石的厚度為20nnT500nm。
[0007]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述金剛石是在半絕緣GaAs襯底和二氧化硅層上采用低溫方式生長而成的。
[0008]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述太赫茲倍頻肖特基二極管還包括金屬加厚層和肖特基接觸金屬層。
[0009]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:金剛石熱導(dǎo)率是二氧化硅的14倍，采用高熱導(dǎo)率的金剛石作為太赫茲肖特基倍頻二極管的鈍化層，與采用二氧化硅為鈍化層的肖特基二極管相比，在肖特基二極管用于倍頻時(shí)，注入基波功率一般較大，肖特基二極管結(jié)溫升高，由于金剛石優(yōu)異的散熱特性，將減緩肖特基二極管結(jié)溫的升高。在同樣的基波注入功率下，采用金剛石為鈍化層的肖特基二極管其二極管結(jié)溫工作溫度低，二極管的串聯(lián)電阻低，基波耗散在串聯(lián)電阻上的功率降低，增加了注入基波功率的利用率，最終提高了肖特基二極管的倍頻效率。采用金剛石作為鈍化層的肖特基二極管與采用二氧化硅作為鈍化層的肖特基二極管相比，其倍頻效率預(yù)測(cè)能夠提高約10%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中A-A’方向的截面不意圖；
在附圖中:1、金剛石，2、二氧化硅層，3、歐姆接觸金屬層，4、金屬加厚層，5、半絕緣GaAs襯底，6、重?fù)诫sGaAs層，7、低摻雜GaAs層，8、肖特基接觸金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012]如圖1、2所示，一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，
包括半絕緣GaAs襯底5、半絕緣GaAs襯底5上的重?fù)诫sGaAs層6，重?fù)诫sGaAs層6上的低慘雜GaAs層7，以及二氧化娃層2、歐姆接觸金屬層3和純化層I。+絕緣GaAs襯底5處在太赫茲倍頻肖特基二極管的最下方，用以支撐整個(gè)太赫茲倍頻肖特基二極管。在半絕緣GaAs襯底5上有 外延生長的重?fù)诫sGaAs層6，在重?fù)诫sGaAs層6上有外延生長的低摻雜GaAs層7，低摻雜GaAs層7上有肖特基接觸金屬層8，肖特基接觸金屬層8自下而上為Ti/Pt/Au。歐姆接觸金屬層3自下而上為Ni/Au/Ge//Ni/Au，制作在重?fù)诫sGaAs層6之上。金屬加厚層4的成分為Au，制作在歐姆接觸金屬層3之上，并和肖特基接觸金屬層8通過空氣橋相連。二氧化硅層2在低摻雜GaAs層7上方；所述鈍化層I為金剛石，在整個(gè)半絕緣襯底5之上。所述金剛石的厚度為20nnT500nm。所述金剛石在半絕緣GaAs襯底5或二氧化硅層2上采用低溫方式生長而成；重?fù)诫sGaAs，摻雜濃度為10~18cnT3量級(jí)。低摻雜 GaAs,濃度為 lel6 cm 3~5el7 cm 3。
[0013]本發(fā)明所述的太赫茲倍頻肖特基二極管能夠通過成熟的肖特基二極管加工工藝實(shí)現(xiàn)，目前肖特基二極管的制造技術(shù)在國內(nèi)外均已成熟，包括陰極歐姆接觸、陽極肖特基金屬蒸發(fā)，空氣橋連接以及隔離槽腐蝕，制作鈍化層。正面加工工藝完成后，進(jìn)行背面的減薄及分片，制作出太赫茲倍頻肖特基二極管。
[0014]本發(fā)明主要是引入了金剛石作為太赫茲倍頻二極管的鈍化層，由附圖可以看到金剛石覆蓋了大部分面積的肖特基二極管，能夠有效改善用作倍頻器件時(shí)的散熱，提高其倍頻效率。
[0015]考慮到GaAs器件的可靠性，本發(fā)明所采用的金剛石須采用低溫方式生長。
[0016]金剛石被稱為新一代寬禁帶半導(dǎo)體，是一種寬禁帶材料，是已知的具有最高熱導(dǎo)率的材料，最高達(dá)120W/cm.K(-190°C )，一般可達(dá)20W/cm.K(20°C )，約為二氧化硅的14倍。將金剛石材料用于太赫茲肖特基倍頻二極管，能夠改善太赫茲倍頻肖特基二極管的散熱性能，提高其倍頻效率。
【權(quán)利要求】
1.一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，包括半絕緣GaAs襯底(5)、半絕緣GaAs襯底(5)上的重?fù)诫sGaAs層(6)、重?fù)诫sGaAs層(6)上的低摻雜GaAs層(7)、二氧化硅層(2)、歐姆接觸金屬層(3)和鈍化層(1)，其特征在于所述鈍化層(I)均為金剛石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，其特征在于所述金剛石的厚度為20nnT500nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，其特征在于所述金剛石是在半絕緣GaAs襯底(5)和二氧化硅層(2)上采用低溫方式生長而成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散熱改進(jìn)型GaAs基太赫茲倍頻肖特基二極管，其特征在于所 述太赫茲倍頻肖特基二極管還包括金屬加厚層(4 )和肖特基接觸金屬層(8 )。
【文檔編號(hào)】H01L29/872GK104022163SQ201410246415
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】王俊龍, 王晶晶, 邢東, 梁士雄, 張立森, 楊大寶, 趙向陽, 馮志紅 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所