[发明专利]一种新型电压域振荡二极管

说明书

本发明涉及一种新型电压域振荡二极管。本发明包括初始上表面为镓面GaN基底、n⁺‑qInGaN集电区层、i‑InGaN第一隔离层、i‑InGaN第一势垒层、i‑InGaN量子阱层、i‑GaN第二势垒层、i‑InGaN第二隔离层、n⁺‑InGaN发射区层、AlN钝化层、集电区金属电极引脚和发射区金属电极引脚。本发明采用GaN基双势垒单量子阱超晶格结构的势垒层极化电场削弱外加电场作用，有效抑制低偏置电压区域带内共振隧穿；利用紧邻集电极势垒的集电区耗尽层作为集电极势垒的辅助势垒，伏安特性在较高偏压区表现为多协调制电流振荡各能级对应电子波函数的共振隧穿与叠加，形成很多个微分负阻区与正电阻区相间排列。

技术领域

本发明涉及化合物半导体量子器件技术领域,具体是一种新型电压域振荡二极管。

背景技术

双势垒单量子阱异质结二极管,由于外加偏压和极化效应的影响，当这种二极管在较高偏置电压下(对于GaN基器件偏置电压约大于2.5V),其量子阱中形成非匀强电场时，在光电子学领域，器件的光吸收系数和介电常数在带边以上(即能量域的高能区)表现为调幅调相振荡，即产生频域的调制光谱，这种振荡称为光学Franz-Keldysh振荡(OFKO)。由于在光电子学领域，在低维半导体量子点、量子阱结构和器件(如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)和共振隧穿晶体管(RTDRTT)等)的光电特性中，Franz-Keldysh振荡FKO特性仅仅表现为附属伴随特性，故此，常常用来表征这些类型半导体结构和器件的特性，以及在外延生长制备这些类型结构和器件过程中用来进行样品生长的实时监测和原位测量。同时，在纯电子学领域，在对应条件下则是其伏安特性在电压域中的较高电压区呈现连续调幅调相电流振荡特性，即产生高电压域调制功率谱，这种电流振荡称为电学Franz-Keldysh振荡(EFKO)。EFKO特性为主要电学特性的量子阱异质结二极管的研究、设计、制作与应用等在电子学领域几乎一直被忽视。

迄今为止，国内外还没有关于提出以EFKO特性为主要电学特性的半导体电子器件的报道。也就是说，关于以EFKO特性为主要电学特性的半导体电子器件的研究与开发尚属半导体电子器件技术领域中的空白。目前，在国内外已有研究中，与这种以EFKO特性为主要电学特性的半导体电子器件结构相似，伏安特性有关联的GaN基主要器件为共振隧穿二极管(RTD)。常规GaN基RTD一般采用初始晶面为c面的外延双势垒结构，目前已有文献报道，其伏安特性大多主要表现为在约0-3V或者约0-5V偏置电压范围内的单峰谷电流振荡特性，且负阻区偏置压宽较小(一般在0.25V以下，经过优化设计的器件可以达到0.49-0.6V左右。)；经过优化设计的GaAs/AlGaAs RTD在集电极势垒厚度为2nm，偏置电压1V以下时，有些情况可能出现多峰多谷，不过，电流振荡规律性有些混乱，且峰谷电流比PVCR2.5,难以满足传统多值逻辑(MVL)电路设计应用，也许有可能可以用于低压低功耗纯量子逻辑(PQL)电路设计。

本发明提出了一种具有FKO特性的二极管——Franz-Keldysh振荡二极管(FKOD)；迄今为止，在常规GaAs/AlGaAs、GaN/AlGaN基二极管器件中至今尚无FKOD器件。在纯电子学领域，在对应条件下则是其伏安特性在电压域中的较高电压区呈现连续调幅调相电流振荡特性，即产生高电压域调制功率谱，如附图1的器件伏安特性仿真测试结果曲线图所示。这种FKOD器件独特的电压域连续振荡伏安特性将使其在电子技术领域拥有广泛应用，例如，在模拟电子技术领域可以用于电压-电流变换、动态交流阻抗匹配、电压型传感器、无线电压空调谐器等；在数字电子技术领域可以用于实现纯量子逻辑计算、类人脑思维逻辑运算等；而在数模混合电子技术领域可以用于超高速纯量子逻辑模数转换等。

发明内容

本发明的目的在提供一种新型电压域振荡二极管。