[發明專利]一種新型電壓域振蕩二極管

有效

• 申請號: 201711478511.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108183136B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 張海鵬;張強;張忠海;林彌;呂偉鋒;白建玲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L29/88
• 分類號: H01L29/88
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明涉及一種新型電壓域振蕩二極管。本發明包括初始上表面為鎵面GaN基底、n⁺?qInGaN集電區層、i?InGaN第一隔離層、i?InGaN第一勢壘層、i?InGaN量子阱層、i?GaN第二勢壘層、i?InGaN第二隔離層、n⁺?InGaN發射區層、AlN鈍化層、集電區金屬電極引腳和發射區金屬電極引腳。本發明采用GaN基雙勢壘單量子阱超晶格結構的勢壘層極化電場削弱外加電場作用，有效抑制低偏置電壓區域帶內共振隧穿；利用緊鄰集電極勢壘的集電區耗盡層作為集電極勢壘的輔助勢壘，伏安特性在較高偏壓區表現為多協調制電流振蕩各能級對應電子波函數的共振隧穿與疊加，形成很多個微分負阻區與正電阻區相間排列。

技術領域

本發明涉及化合物半導體量子器件技術領域,具體是一種新型電壓域振蕩二極管。

背景技術

雙勢壘單量子阱異質結二極管,由于外加偏壓和極化效應的影響，當這種二極管在較高偏置電壓下(對于GaN基器件偏置電壓約大于2.5V),其量子阱中形成非勻強電場時，在光電子學領域，器件的光吸收系數和介電常數在帶邊以上(即能量域的高能區)表現為調幅調相振蕩，即產生頻域的調制光譜，這種振蕩稱為光學Franz-Keldysh振蕩(OFKO)。由于在光電子學領域，在低維半導體量子點、量子阱結構和器件(如垂直腔表面發射激光器(VCSEL)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質結雙極晶體管(HBT)和共振隧穿晶體管(RTDRTT)等)的光電特性中，Franz-Keldysh振蕩FKO特性僅僅表現為附屬伴隨特性，故此，常常用來表征這些類型半導體結構和器件的特性，以及在外延生長制備這些類型結構和器件過程中用來進行樣品生長的實時監測和原位測量。同時，在純電子學領域，在對應條件下則是其伏安特性在電壓域中的較高電壓區呈現連續調幅調相電流振蕩特性，即產生高電壓域調制功率譜，這種電流振蕩稱為電學Franz-Keldysh振蕩(EFKO)。EFKO特性為主要電學特性的量子阱異質結二極管的研究、設計、制作與應用等在電子學領域幾乎一直被忽視。

迄今為止，國內外還沒有關于提出以EFKO特性為主要電學特性的半導體電子器件的報道。也就是說，關于以EFKO特性為主要電學特性的半導體電子器件的研究與開發尚屬半導體電子器件技術領域中的空白。目前，在國內外已有研究中，與這種以EFKO特性為主要電學特性的半導體電子器件結構相似，伏安特性有關聯的GaN基主要器件為共振隧穿二極管(RTD)。常規GaN基RTD一般采用初始晶面為c面的外延雙勢壘結構，目前已有文獻報道，其伏安特性大多主要表現為在約0-3V或者約0-5V偏置電壓范圍內的單峰谷電流振蕩特性，且負阻區偏置壓寬較小(一般在0.25V以下，經過優化設計的器件可以達到0.49-0.6V左右。)；經過優化設計的GaAs/AlGaAs RTD在集電極勢壘厚度為2nm，偏置電壓1V以下時，有些情況可能出現多峰多谷，不過，電流振蕩規律性有些混亂，且峰谷電流比PVCR2.5,難以滿足傳統多值邏輯(MVL)電路設計應用，也許有可能可以用于低壓低功耗純量子邏輯(PQL)電路設計。

本發明提出了一種具有FKO特性的二極管——Franz-Keldysh振蕩二極管(FKOD)；迄今為止，在常規GaAs/AlGaAs、GaN/AlGaN基二極管器件中至今尚無FKOD器件。在純電子學領域，在對應條件下則是其伏安特性在電壓域中的較高電壓區呈現連續調幅調相電流振蕩特性，即產生高電壓域調制功率譜，如附圖1的器件伏安特性仿真測試結果曲線圖所示。這種FKOD器件獨特的電壓域連續振蕩伏安特性將使其在電子技術領域擁有廣泛應用，例如，在模擬電子技術領域可以用于電壓-電流變換、動態交流阻抗匹配、電壓型傳感器、無線電壓空調諧器等；在數字電子技術領域可以用于實現純量子邏輯計算、類人腦思維邏輯運算等；而在數模混合電子技術領域可以用于超高速純量子邏輯模數轉換等。

發明內容

本發明的目的在提供一種新型電壓域振蕩二極管。