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专利号: 2018112767703
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多谐GaN/AlGaN共振隧穿二极管,其特征在于:包括上表面为a面的本征GaN基底、AlN缓冲层、n+-GaN集电区层、i-GaN第一隔离层、i-AlGaN第一势垒层、i-GaN量子阱层、i-AlGaN第二势垒层、i-GaN第二隔离层、发n+-GaN射区层、AlN、Si3N4或者SiO2钝化层、集电区金属电极引脚与发射区金属电极引脚;所述的基底上表面外延AlN缓冲层,AlN缓冲层上表面外延n+-GaN集电区层,n+-GaN集电区层上表面中部外延i-GaN第一隔离层、i-AlGaN第一势垒层、i-GaN量子阱层、i-AlGaN第二势垒层、i-GaN第二隔离层与n+-GaN发射区层;i-GaN第一隔离层、i-AlGaN第一势垒层、i-GaN量子阱层、i-AlGaN第二势垒层、i-GaN第二隔离层+和n-GaN发射区层构成多谐共振隧穿二极管的中央量子结构区域;中央量子结构区域上表面为发射区金属电极引脚,中央量子结构区域外侧沉积有钝化层,钝化层外侧的n+-GaN集电区层上表面为集电区金属电极引脚;

所述的基底为厚度102-103μm的GaN层、缓冲层为1nm厚的AlN层、集电区层为10-2-100μm+ 0 1

厚的两层n -GaN层、第一隔离层为10 -10 nm厚的i-GaN层、第一势垒层为1-4.5nm厚的i-AlGaN层、量子阱层为6-10nm厚的i-GaN层、第二势垒层为1-3nm厚的i-AlGaN层、第二隔离层为0-101nm厚的i-GaN或者i-InGaN层、发射区层为10-2-100μm厚的n+-GaN层、钝化层为101nm厚的AlN、Si3N4或者SiO2层;第一势垒层的铝组分为0.3;第二势垒层的铝组分为0.3-0.8;集电区层3中n+-GaN掺杂浓度为1e18-1e19cm-3;

以GaN基底作为器件载体,起到决定器件层外延生长方向、支撑器件层、器件层中器件之间的隔离及辅助工作中的器件散热等作用;

所述的AlN缓冲层主要起应力弛豫作用,同时具有辅助隔离衬底与器件层作用;

所述的n+-GaN集电区层上表面外部区域与集电区金属电极之间形成欧姆接触,起收集与传输i-GaN第一隔离层的电子流作用;在热学方面则作为i-GaN第一隔离层与高质量混合极性上表面半绝缘GaN基底及集电区金属电极引脚之间的热传导媒质;

所述的i-GaN第一隔离层在器件结构上连接n+-GaN集电区层与i-AlGaN第一势垒层,主要为穿过i-AlGaN第一势垒层的电子提供通向n+-GaN集电区层的输运路径、作为n+-GaN集电区层与i-AlGaN第一势垒层之间的热传输路径及隔离集电区层中量子能级对i-AlGaN第一势垒层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下形成与i-GaN量子阱层中对应的共振量子能级等作用;

所述的i-AlGaN第一势垒层在结构上隔离i-GaN第一隔离层与i-GaN量子阱层,作为i-AlGaN第一隔离层与i-GaN量子阱层之间的纳米级厚度有限高势垒,即i-AlGaN第一隔离层与i-GaN量子阱层之间电子量子共振隧穿的路径;

所述的i-GaN量子阱层介于i-AlGaN第一隔离层与i-AlGaN第二势垒层之间,作为纳米级厚度有限深电子势阱提供沿能量纵向量子化的电子能级;较宽、较深的量子阱利用量子尺寸效应在量子阱之中形成多个离散且有效的束缚态能级,即在施加一定偏压后束缚态能级能够降低到点子准费米能级+3k0T以下,k0是玻尔兹曼常数,T是热力学温度;

所述的i-AlGaN第二势垒层在结构上隔离i-GaN量子阱层与i-GaN第二隔离层,作为i-GaN量子阱层与i-GaN第二隔离层之间的纳米级厚度有限高势垒,即i-GaN量子阱层与i-GaN第二隔离层之间电子量子共振隧穿的路径;

所述的i-GaN第二隔离层在器件结构上连接i-AlGaN第二势垒层与n+-GaN发射区层,主要输运来自n+-GaN发射区层的电子,作为i-AlGaN第二势垒层与n+-GaN发射区层之间的热传输路径,隔离n+-GaN发射区层中量子能级对i-AlGaN第二势垒层两侧量子能级关系的影响、在外加偏压下形成与i-GaN量子阱层对应的共振量子能级;

所述的n+-GaN发射区层与发射区金属电极引脚之间形成欧姆接触,连接i-GaN第二隔离层与发射区金属电极引脚,作为i-GaN第二隔离层与发射区金属电极引脚之间电子流的低阻通路和热传输路径;

集电区金属电极引脚与n+-GaN集电区层之间形成欧姆接触,连接器件n+-GaN集电区层与外部电路;

AlN、Si3N4或者SiO2钝化层将器件的表面需要保护部分与外界环境之间隔离开来,并钝化表面悬挂键,减小表面漏电流密度。

2.如权利要求1所述的一种多谐GaN/AlGaN共振隧穿二极管,其特征在于:所述的AlN、Si3N4或者SiO2钝化层、集电区金属电极引脚和发射区金属电极引脚组成三个同心圆环或者同心正多边形。

3.如权利要求1所述的一种多谐GaN/AlGaN共振隧穿二极管,其特征在于:采用光刻工艺依次掩模刻蚀去除所述的中央量子结构区域外围的n+-GaN发射区层、i-GaN第二隔离层、i-AlGaN第二势垒层、i-GaN量子阱层、i-AlGaN第一势垒层和i-GaN第一隔离层以及n+-GaN集电区的较轻掺杂部分。

4.如权利要求1所述的一种多谐GaN/AlGaN共振隧穿二极管,其特征在于:所述的AlN、Si3N4或者SiO2钝化层10淀积在中央量子结构区域外侧;并采用光刻工艺掩模反刻蚀出电极接触孔。

5.如权利要求1所述的一种多谐GaN/AlGaN共振隧穿二极管,其特征在于:所述的集电区金属电极引脚和发射区金属电极引脚上表面采用化学机械抛光工艺平坦化。