[发明专利]一种基于复合散热阳极的GaN平面耿氏二极管及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于复合散热阳极的GaN平面耿氏二极管及制备方法，该平面耿氏二极管包括：AlGaN背势垒层；GaN沟道层，位于所述AlGaN背势垒层上；AlGaN势垒层，位于所述GaN沟道层上；欧姆接触阳极和欧姆接触阴极，分别位于所述AlGaN背势垒层、所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层的两端；以及肖特基延伸层，位于所述AlGaN势垒层上且覆盖所述欧姆接触阳极。该平面耿氏二极管肖特基延伸层在平面耿氏二极管的沟道中形成一个耗尽层，削弱了高能偶极畴的强度，从而分散了电子畴的能量，降低了平面耿氏二极管的阳极端的碰撞电离，缓冲了热发生，进而有效抑制了器件的自热效应，提高了器件的负阻效应、功率和频率。

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种基于复合散热阳极的GaN平面耿氏二极管及制备方法。

背景技术

耿氏二极管器件或者是电子转移器件(TEDs)被认为是非常优秀的微波、较低毫米波(30GHz-100GHz)信号源器件，自1963年首次被J.B.Gunn证实后受到越来越多的人的关注。相比于传统的信号源器件，如速调管、磁控管以及返波振荡器等，耿氏二极管尺寸更小、结构更简单、功耗更低。在这50多年的发展中，耿氏二极管已成为最广泛应用的微波信号源之一，广泛应用于工业、科学、医疗和军事等领域。

在耿氏二极管的研究上，平面耿氏器件逐渐受到关注。由于AlGaN/GaN异质结的强压电极化和自发极化应，加之GaN材料本身宽禁带，高击穿电场，高电子迁移率等特点，AlGaN/GaN异质结构的器件非常适合做平面耿氏二极管。

然而，目前氮化物平面耿氏二极管在理论和研究方面都面临着巨大的挑战。GaN材料的高场漂移的饱和速度约是GaAs材料的4倍，电子转移效应发生的临界电场(1.91×10⁵V/cm)约为GaAs材料的60多倍，所以GaN耿氏二极管的工作电压及输出电流远高于GaAs器件，存在严重的自热效应。自热效应会使电子畴发生变化和衰减，大大抑制了器件的负阻效应、功率和频率的提高，另外自热效应还会导致更加复杂的电子畴现象。请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种不考虑自热效应(EB模式)与考虑自热效应(NEB模式)时电子畴模式对比图，图1表明自热效应使电子畴发生了严重的衰减。在等温能量平衡模型(EB模式)下，电子畴为偶极畴模式，对应最大的功率输出；而在非等温能量平衡模型(NEB模式)下，电子畴衰减为偶极畴-积累畴过度模式，进一步提高电压，加剧自热效应，电子畴则完全衰减为积累畴模式，输出功率大幅度降低。在平面耿氏二极管中，阳极端的自热效应最严重，当电子畴运动到阳极端时畴的尺寸最大，在阳极端形成了电场和电子浓度峰值，导致严重的自热效应。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于复合散热阳极的GaN平面耿氏二极管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于复合散热阳极的GaN平面耿氏二极管，包括：AlGaN背势垒层；GaN沟道层，位于所述AlGaN背势垒层上；AlGaN势垒层，位于所述GaN沟道层上；欧姆接触阳极，位于AlGaN背势垒层、所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层的一端；欧姆接触阴极，位于所述AlGaN背势垒层、所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层的另一端；以及肖特基延伸层，位于所述AlGaN势垒层上并且覆盖所述欧姆接触阳极。

在本发明的一个实施例中，所述肖特基延伸层位于所述AlGaN势垒层上的长度大于或等于所述欧姆接触阳极与所述欧姆接触阴极之间距离的1/6，并且小于或等于所述欧姆接触阳极与所述欧姆接触阴极之间距离的1/4。

在本发明的一个实施例中，所述欧姆接触阳极的材料为Ti/Al/Ni/Au。

在本发明的一个实施例中，所述肖特基延伸层的材料为Ni/Au。

在本发明的一个实施例中，还包括：

散热覆膜，位于所述AlGaN势垒层上并且覆盖所述欧姆接触阳极，所述肖特基延伸层位于所述散热覆膜上。