[發明專利]太赫茲肖特基二極管

有效

• 申請號: 201210382875.3
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102903761A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 王昊
• 申請（專利權）人: 王昊
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872
• 代理公司: 北京思睿峰知識產權代理有限公司 11396
• 代理人: 龔海軍

技術領域

本發明涉及半導體器件，更具體地，涉及太赫茲肖特基二極管。

背景技術

太赫茲波指的是頻率在0.1THz～10THz(波長3mm～30μm)范圍內的電磁輻射，位于電磁波譜中介于毫米波和紅外輻射之間。太赫茲的獨特性能使其在通信(寬帶通信)、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像(無標記的基因檢查、細胞水平的成像)、無損檢測、安全檢查(生化物的檢查)等領域具有廣泛的用途。在大多數太赫茲應用領域中，外差式接收機以其頻譜分辨率高、瞬時帶寬大、靈敏度高等特點，成為主要的太赫茲信號探測方式；而太赫茲混頻器是外差式接收機中的重要部件之一。在0.1THz-3THz范圍內，通常采用超導-絕緣-超導結(SIS)、熱電子輻射計(HEB)、肖特基二極管等非線性器件作為混頻器件，實現太赫茲頻段的信號與本振信號進行混頻產生中頻信號，進而供后續的中頻和數字電路進行信息處理。相比于SIS和HEB來說，應用肖特基二極管的混頻器件無需制冷環境，從而減小了系統的復雜度，適合于安檢、通信、電子對抗等領域的應用；在制冷環境下，混頻器的噪聲性能可以進一步減小，從而滿足天文、對地觀測等領域的應用。另一方面，相比于三端器件，如HEMT等器件來說，肖特基二極管結構簡單，易于集成且在制造實現上相對容易。因此，肖特基二極管廣泛應用于太赫茲頻段的混頻器。

現有使用肖特基二極管的太赫茲頻段混頻器的一種實現方法是：太赫茲信號通過波導饋入，耦合到低損耗介質基底的微帶線上，然后經過二極管混頻后輸出。然而，由于太赫茲頻段的頻率高，許多高頻寄生效應都會顯現出來，這些效應會降低混頻器的混頻效率，增加變頻損耗。因此，寄生效應小的平面肖特基二極管結構對于提高混頻器的混頻效率、減少變頻損耗顯得十分重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的上述缺點，提供一種太赫茲肖特基二極管，減少寄生效應，從而提高混頻器的混頻效率和減少變頻損耗。

為了解決上述技術問題，根據本發明的第一方面，提供了一種太赫茲肖特基二極管，包括：砷化鎵半導體襯底11；形成在砷化鎵半導體襯底11上的高濃度摻雜砷化鎵層12；形成在高濃度摻雜砷化鎵層12上的低濃度摻雜砷化鎵層13；形成在高濃度摻雜砷化鎵層12上的歐姆接觸陰極22；形成在高濃度摻雜砷化鎵層12上的歐姆接觸金屬23；形成在所述的低濃度摻雜砷化鎵層13上的二氧化硅層14，在二氧化硅層14開有小孔，肖特基接觸陽極21位于小孔中，肖特基接觸陽極21與低濃度摻雜砷化鎵層13接觸形成肖特基結；形成在歐姆接觸陰極22上的歐姆接觸陰極壓點25；形成在歐姆接觸金屬23上的肖特基接觸陽極延伸壓點24；形成在二氧化硅層14和肖特基接觸陽極21上的懸空電鍍橋26，肖特基接觸陽極延伸壓點24通過懸空電鍍橋26與肖特基接觸陽極21相連。

所述太赫茲肖特基二極管還包括形成在高濃度摻雜砷化鎵層12、低濃度摻雜砷化鎵層13和二氧化硅層14中的溝道28，溝道28中的高濃度摻雜砷化鎵層12、低濃度摻雜砷化鎵層13和二氧化硅層14被除去，溝道28形狀為反錐形，溝道28的下表面與砷化鎵半導體襯底11接觸，溝道28的上表面與懸空電鍍橋26接觸，溝道28的側面從溝道28的下表面相對于砷化鎵半導體襯底11成預定的角度延伸到上表面，溝道28的上表面大于溝道28的下表面，溝道28在二氧化硅層14的部分位于肖特基接觸陽極延伸壓點24與肖特基接觸陽極21之間并且不與肖特基接觸陽極延伸壓點24和肖特基接觸陽極21接觸。

肖特基接觸陽極延伸壓點24與歐姆接觸陰極壓點25的厚度相同，肖特基接觸陽極延伸壓點24的上平面和歐姆接觸陰極壓點25的上平面在同一平面。

肖特基接觸陽極可以是圓柱形或者近圓柱形；歐姆接觸陰極22靠近肖特基接觸陽極21的一邊是有一開口的圓柱面或近圓柱面251，所述圓柱面或近圓柱面251是與圓柱形或者近圓柱形的肖特基接觸陽極21同心的圓柱面，圓柱面或近圓柱面251的開口角度A小于180°。

所述的高濃度摻雜砷化鎵層濃度為10¹⁸cm^-3量級；所述的低濃度摻雜砷化鎵層濃度為10¹⁶-10¹⁷cm^-3量級；所述的低濃度摻雜砷化鎵層厚度不小于零偏置條件下的耗盡層厚度；所述的高濃度摻雜砷化鎵層厚度至少為對應的工作頻率下趨膚深度的2倍。

肖特基接觸陽極延伸壓點、歐姆接觸陰極壓點及懸空電鍍橋的金屬厚度至少為對應的工作頻率下趨膚深度的6倍。