[發明專利]毫米波及太赫茲波直接調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710368618.7
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107068751A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 梁士雄;王俊龍;張立森;楊大寶;徐鵬;趙向陽;房玉龍;馮志紅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所13120
• 代理人: 趙寶琴

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，尤其涉及一種毫米波及太赫茲波直接調制器及其制備方法。

背景技術

以Si、GaAs、V₂O₅、GaN等傳統半導體材料為基礎的太赫茲直接調制器件由于受到材料本身介電常數大的限制，在信號差損上很難再有進一步的提高。近年來襯底替換技術在GaN半導體器件中發展迅猛，可以將外延材料原有的高電磁損耗的襯底替換為低損耗襯底，因此在毫米波、太赫茲波空間調制電子器件領域極具發展潛力，是目前國際上的熱點。

由于GaN材料生長一般采用藍寶石、碳化硅或硅襯底，這些襯底材料的介電常數都在10左右，對于毫米波和太赫茲波的損耗比較大，同時信號從空氣進入器件時，大約有50%的電磁波被反射回去，嚴重限制了調制器性能提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種毫米波及太赫茲波直接調制器及其制備方法，能夠降低器件的反射損耗和傳輸損耗，獲得更高調制深度的器件。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種毫米波及太赫茲波直接調制器，包括外延層，在所述外延層上兩側設有歐姆接觸，兩歐姆接觸之間為肖特基接觸，在形成的歐姆接觸和肖特基接觸上用晶片鍵合的方法粘合石英基片，形成二次襯底。

一種毫米波及太赫茲波直接調制器的制備方法，包括以下步驟：

一、在一次襯底上生長外延層；

二、在外延層上光刻出有源區臺面，采用離子注入或ICP刻蝕，實現有源區臺面隔離；

三、在有源區臺面兩側通過光刻制作歐姆接觸區域，依次蒸發金屬層鈦、鋁、鎳、金、或鈦、鋁、鉑、金金屬層，剝離后，通過高溫快速退火形成歐姆接觸；有源區臺面上蒸發Ti、Au金屬，形成肖特基接觸；

四、在步驟一形成的外延層上光刻出人工電磁結構，并進行金屬化和剝離工藝，首次制成調制器；

五、將雙面拋光的石英基片與首次制成的調制器的正面進行晶片鍵合，形成二次襯底；

六、去掉一次襯底；

七、根據工作頻段的需要，將石英基片背面減薄和劃片，獲得最終的直接調制器。

進一步的，所述的一次襯底為藍寶石、硅或碳化硅襯底。

進一步的，步驟一中所述的外延層為在所述的一次襯底上外延生長的GaN層，以及在所述的GaN層上生長的AlGaN、AlN、InAlN或石墨烯層。

進一步的，所述外延生長的GaN層的生長厚度在0.5-5μm之間。

進一步的，步驟一中所述外延層為生長單層N型GaN材料，N型GaN厚度為100nm-2μm，摻雜濃度10¹⁶/cm³量級到10¹⁹/cm³量級之間。

進一步的，步驟六中，當一次襯底為藍寶石襯底時，采用激光剝離的方法將藍寶石襯底剝離掉；當一次襯底為硅或碳化硅襯底時，采用機械研磨的方法先研磨掉大部分的襯底，保留100μm以下的襯底時采用ICP方法進行刻蝕，直到把一次襯底刻蝕干凈。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明利用襯底替換技術，把原來材料生長的高介電常數襯底替換為低介電常數的石英襯底，最大限度的降低了調制器的差損，提高了器件的絕對調制深度，同時超材料與二維電子氣相結合的調制器具有高調制速率的特點，能夠降低器件的反射損耗和傳輸損耗，可以實現毫米波和亞毫米波段的直接調制器件。

附圖說明

圖1是本發明制備步驟一的示意圖；

圖2是本發明制備步驟二、三的示意圖；

圖3是本發明制備步驟四、五的示意圖；

圖4是本發明制備的調制器的示意圖；

圖中：1、歐姆接觸；2、肖特基接觸。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

由于GaN材料生長一般采用藍寶石、碳化硅或硅襯底，這些襯底材料的介電常數都在10左右，對于毫米波和太赫茲波的損耗比較大。如果把材料的生長襯底替換為石英等低介電常數的襯底，可以減小反射損耗和傳輸損耗，大大提高調制器的性能。但是目前國際上還沒有基于襯底替換技術的毫米波與太赫茲直接調制器件，本發明提出的是一種可以實現襯底替換技術的毫米波與太赫茲直接調制器的制備方法，能夠解決現有方法制備的調制器毫米波和太赫茲波損耗大的問題。下面是本發明的具體實施例，但本發明列舉的實施例不構成對本發明的限制。