[發明專利]基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件及制備方法

在審

• 申請號: 201510072456.3
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104599975A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 程新紅;沈玲燕;王中健;夏超;曹鐸;鄭理;王謙;俞躍輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/339
• 分類號: H01L21/339;H01L29/762;H01L29/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于微電子與固體電子學技術領域，特別是涉及一種基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件及制備方法。

背景技術

轉移電子器件(TED)為基于電子在固體中能谷間轉移而制成的器件。只有在導帶中存在多個能谷、電子在各能谷中的行為特性各異，以及在一定外部條件下發生顯著的電子轉移的固體材料才能制作這類器件，砷化鎵(GaAs)和磷化銦(INP)就屬這種材料。

GaAs的導帶底在波矢(0,0,0)處，在這個極值附近(極值稱能谷)，電子的有效質量約為0.066m₀，m₀為自由電子的靜止質量。GaAs的導帶在(1,0,0)波矢方向上還有六個次級小值，即六個子能谷，它們比中心能谷約高0.36電子伏，電子在子能谷的有效質量約為0.4m₀，它比中心能谷的值大得多。電子遷移率大致上與它的有效質量成反比，因此電子在中心能谷的遷移率遠大于子能谷。在室溫和低場下，電子基本上集中在中心能谷。隨著外加電場的增加，電子從外電場得到的能量也增加，有一部分電子會轉移到子能谷。當外加電場約為3000伏/厘米時(稱閾值電場，用Eth表示)，轉移的電子數顯著增加，電子總的平均遷移率及電子平均速度明顯下降，出現負的微分遷移率和負的微分電導特性。

當加在GaAs晶體上的電壓增加時，晶體中某處(一般在陰極附近)先達到閾值電場，該處電子的平均速度則下降，于是產生電子的積累。初始的積累區外電子速度沒有下降，這使得在積累區的電子運動方向一側，由于電子較快移動而產生電子的耗盡。電子積累區與耗盡區形成偶極區，它產生的電場與外加電場的方向一致，因而形成高場區，這一高場區進一步促使電子的轉移，更多電子轉移又使高場區的電場進一步增加，這一過程一直進行到晶體內電場的積分等于外加偏壓高場區達到穩定為止，而稱此高場區為高場疇。隨著電子的運動，高場疇逆著電場方向朝陽極渡越。晶體內高場疇的產生使疇外電場下降，因而使通過晶體的電流I下降。當高場疇渡越到陽極并消失時,電流恢復到原來值，很快陰極又出現新的高場疇。高場疇的這種周而復始的產生、渡越、消失的過程，在外電路中產生電流的振蕩波形。

轉移電子器件是一個重要的微波器件。它已被廣泛用作局部震蕩器和功率放大器，且所涵蓋微波頻率從1GHz到150GHz。雖然轉移電子器件的功率輸出和效率一般都比IMPATT器件還低。然而，TED卻有較低的噪聲、較低的工作電壓和相對較容易的電路設計。TED已逐漸成為探測系統、遠程控制和微波測試儀器上所使用的重要固態微波源。然而，常規的轉移電子器件(TED)主要是用n型GaAs和n型InP制作，電流峰谷比一般較低。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件及制備方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件的制備方法，包括步驟：

1)提供一包括依次層疊的襯底、GaN層及AlGaN層的基片；

2)于基片的AlGaN層上形成掩膜層，并刻蝕去除非器件區域的掩膜層、AlGaN、及GaN層形成AlGaN/GaN異質結平臺；

3)于所述AlGaN/GaN異質結平臺外圍形成退火后與二維電子氣接觸的歐姆接觸電極；

4)于所述AlGaN/GaN異質結平臺表面形成絕緣層；

5)于所述絕緣層表面形成柵金屬層；

6)于器件表面形成表面鈍化層；

7)去除柵金屬層及歐姆接觸電極表面的鈍化層，露出柵金屬層及歐姆接觸電極。

作為本發明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件的制備方法的一種優選方案，所述基片中的GaN層及AlGaN層之間形成有AlGaN/GaN異質結結構，異質結界面處存在二維電子氣，所述AlGaN層的厚度為15～30nm。。

作為本發明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件的制備方法的一種優選方案，步驟1)還包括對所述基片進行清洗的步驟。

作為本發明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN疊層MIS結構的負微分電阻器件的制備方法的一種優選方案，步驟2)中，所述AlGaN/GaN異質結平臺為圓臺。