[發(fā)明專利]一種超窄雙阱的共振隧穿二極管器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510086151.8
• 申請(qǐng)日: 2015-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN104752524A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛陸虹;趙帆;郭維廉;謝生;張世林;賀鵬鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/88
• 分類號(hào): H01L29/88;H01L29/16;H01L29/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種共振隧穿二極管材料結(jié)構(gòu)。特別是涉及一種超窄雙阱的共振隧穿二極管器件。

背景技術(shù)

共振隧穿二極管(RTD)是利用量子隧穿效應(yīng)的一種新型納米器件，最明顯的特征是具有負(fù)阻特性，同時(shí)還具有高頻、低電壓、低功耗以及雙穩(wěn)和自鎖等特點(diǎn)。基于以上諸多特點(diǎn)，RTD近年來在微波和毫米波振蕩器、高速數(shù)字電路和高速光電集成電路中得到廣泛應(yīng)用，并大量應(yīng)用于大容量通信和生物技術(shù)。隨著器件設(shè)計(jì)的成熟與創(chuàng)新和工藝的發(fā)展，RTD構(gòu)成的振蕩器頻率已達(dá)到太赫茲(THz)的范圍。據(jù)最新報(bào)道，RTD器件的基波振蕩頻率在已經(jīng)達(dá)到1.08THz。利用InP襯底，InGaAs/AlAs雙勢(shì)壘RTD與縫隙天線結(jié)構(gòu)相結(jié)合技術(shù)，已研制出三次振蕩諧波頻率可達(dá)1.02THz的太赫茲波發(fā)生器。

順應(yīng)高頻大功率共振隧穿型太赫茲振蕩器RTO和高速RTD集成電路的發(fā)展要求，一種能夠提高RTD性能且易于制備，工業(yè)可操作性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)RTD大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

RTD的設(shè)計(jì)包括材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)以及光刻掩模版圖設(shè)計(jì)等。其中，材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是整個(gè)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)器件研制指標(biāo)要求進(jìn)行的，其主要內(nèi)容是確定采用分子束外延技術(shù)MBE生長(zhǎng)的各層材料的成分、組分、厚度、摻雜劑和摻雜濃度等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種響應(yīng)頻率高，輸出功率大，制備容易，集成度高的超窄雙阱的共振隧穿二極管材料結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種超窄雙阱的共振隧穿二極管器件，包括有由下至上依次形成的襯底、緩沖層和發(fā)射區(qū)電極接觸層，所述發(fā)射區(qū)電極接觸層上分別形成有發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)金屬電極，所述發(fā)射區(qū)上由下至上依次形成有發(fā)射區(qū)隔離層、第一勢(shì)壘、第一勢(shì)阱、子勢(shì)阱、第二勢(shì)阱、第二勢(shì)壘、集電區(qū)隔離層、集電區(qū)、集電區(qū)電極接觸層和集電區(qū)金屬電極。

所述的襯底為半絕緣InP襯底，厚度為100－300μm。

所述的緩沖層由In_0.53Ga_0.47As層構(gòu)成，厚度為200nm。

所述的發(fā)射區(qū)電極接觸層、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和集電區(qū)電極接觸層是由摻Si濃度達(dá)到2*10¹⁹cm^-3In_0.53Ga_0.47As層構(gòu)成，其中發(fā)射區(qū)電極接觸層的厚度為400nm，發(fā)射區(qū)的厚度為20nm，集電區(qū)的厚度為15nm，集電區(qū)電極接觸層的厚度為8nm。

所述的發(fā)射區(qū)隔離層厚度為2nm。

所述的第一勢(shì)壘和第二勢(shì)壘是由AlAs層構(gòu)成，厚度為1.2nm。

所述的第一勢(shì)阱、第二勢(shì)阱和集電區(qū)隔離層是由In_0.53Ga_0.47As層構(gòu)成，其中，第一勢(shì)阱?和第二勢(shì)阱的厚度為1.2nm，集電區(qū)隔離層的厚度為2nm。

所述的子勢(shì)阱是由InAs層構(gòu)成，厚度為1.2nm。

所述的集電區(qū)金屬電極和發(fā)射區(qū)金屬電極材質(zhì)為金屬，厚度均為100-300nm。

本發(fā)明的一種超窄雙阱的共振隧穿二極管器件，采用超窄雙阱，可有效提高峰值電流，從而增大輸出功率。減小發(fā)射極面積，從而減小器件尺寸，減小寄生電容，由此可提高RTD的響應(yīng)頻率。因此，本發(fā)明具有響應(yīng)頻率高，輸出功率大，制備容易，集成度高的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖。

圖中

1：襯底?????????????????????????????2：緩沖層

3：發(fā)射區(qū)電極接觸層?????????????????4：發(fā)射區(qū)

5：發(fā)射區(qū)隔離層?????????????????????6：第一勢(shì)壘

7：第一勢(shì)阱?????????????????????????8：子勢(shì)阱

9：第二勢(shì)阱?????????????????????????10：第二勢(shì)壘

11：集電區(qū)隔離層????????????????????12：集電區(qū)

13：集電區(qū)電極接觸層????????????????14：集電區(qū)金屬電極

15：發(fā)射區(qū)金屬電極

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種超窄雙阱的共振隧穿二極管器件做出詳細(xì)說明。