[发明专利]发射区In含量渐变集电区高In过渡层的RTD器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种RTD材料结构。特别是涉及一种发射区In含量渐变集电区高In过渡层的RTD器件。

背景技术

共振隧穿二极管(RTD)是利用量子隧穿效应的一种新型纳米器件，最明显的特征是具有负阻特性，同时还具有高频、低电压、低功耗以及双稳和自锁等特点。基于以上诸多特点，RTD近年来在微波和毫米波振荡器、高速数字电路和高速光电集成电路中得到广泛应用，并大量应用于大容量通信和生物技术。随着器件设计的创新与成熟和工艺的发展，RTD构成的振荡器频率已达到太赫兹(THz)的范围。据最新报道，RTD器件的基波振荡频率在已经达到1.08THz。利用InP衬底，InGaAs/AlAs双势垒RTD与缝隙天线结构相结合技术，已研制出三次振荡谐波频率可达1.02THz的太赫兹波发生器。

RTD的设计包括材料结构设计、器件结构和工艺设计以及光刻掩模版图设计等。其中，材料结构设计是基础和关键，也是整个设计的起点。材料结构设计是根据器件研制指标要求进行的，其主要内容是确定采用分子束外延技术MBE生长的各层材料的成分、组分、厚度、掺杂剂和掺杂浓度等。

因此，一种能够提高RTD性能且易于制备，工业可操作性强的结构设计是实现RTD大规模应用的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种响应频率高，输出功率大，制备容易，集成度高的发射区In含量渐变集电区高In过渡层的RTD器件。

本发明所采用的技术方案是：一种发射区In含量渐变集电区高In过渡层的RTD器件，包括有由下至上依次形成的衬底、缓冲层和发射区电极接触层，所述发射区电极接触层上分别形成有发射区和发射区金属电极，所述发射区上由下至上依次形成有渐变In含量结构、发射区隔离层及渐变In含量结构、第一势垒、势阱、第二势垒、第一高In含量过渡层、第二高In含量过渡层、隔离层、集电区、集电区电极接触层和集电区金属电极。

所述的衬底为半绝缘InP衬底，厚度为100－300μm。

所述的缓冲层和隔离层均是由In_0.53Ga_0.47As层构成，其中，所述缓冲层的厚度为200nm，所述隔离层的厚度为2nm。

所述的发射区电极接触层和集电区均是由掺Si浓度达到2*10¹⁹cm^-3In_0.53Ga_0.47As层构成，其中，所述发射区电极接触层的厚度为400nm，所述集电区的厚度为15nm。

所述的发射区是由掺Si浓度达到3*10¹⁸cm^-3In_0.53Ga_0.47As层构成，厚度为15nm；所述的渐变In含量结构是掺Si浓度达到3*10¹⁸cm^-3In_0.5Ga_0.5As层构成，厚度为4nm；所述的集电区电极接触层是由掺Si浓度达到2*10¹⁹cm^-3In_0.7Ga_0.3As层构成，厚度为8nm。

所述的发射区隔离层及渐变In含量结构是由In_0.47Ga_0.53As层构成，厚度为3nm；所述的势阱是由In_0.8Ga_0.2As层构成，厚度为4nm；第一高In含量过渡层是由In_0.7Ga_0.3As层构成，无掺杂，厚度为10nm；所述的第二高In含量过渡层是由In_0.6Ga_0.4As层构成，厚度为10nm。

所述的第一势垒和第二势垒均是由AlAs层构成，厚度均为1.2nm。

所述的集电区金属电极和发射区金属电极材质均为金属，厚度均为100－300nm。

本发明的发射区In含量渐变集电区高In过渡层的RTD器件，顺应高频大功率共振隧穿型振荡器RTO和高速RTD集成电路的发展要求，采用发射区In含量的渐变结构，可有效降低峰值电压，从而增大输出功率。减小发射极面积，从而减小器件尺寸，减小寄生电容，由此可提高RTD的响应频率。因此，本发明响应频率高，输出功率大，制备容易，集成度高。

附图说明

图1是本发明整体结构的剖面视图；

图 2是本发明的俯视图。

图中