[發明專利]耿氏二極管和用于生成太赫茲輻射的方法

在審

• 申請號: 201980072140.0
• 申請日: 2019-08-23
• 公開（公告）號: CN112997333A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: O·伊爾馬佐格盧;A·S·豪約
• 申請（專利權）人: 達姆施塔特工業大學
• 主分類號: H01L47/02
• 分類號: H01L47/02
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃曉升

本發明涉及一種耿氏二極管，所述耿氏二極管包括第一接觸層(110)和第二接觸層(120)、有源層(130)、襯底(140)和用于激光器(50)的光學輸入端(150)；所述有源層(130)基于氮化鎵(GaN)基半導體材料，所述有源層(130)形成于第一接觸層(110)和第二接觸層(120)之間；所述有源層(130)連同所述第一接觸層(110)和所述第二接觸層(120)形成在所述襯底(140)；所述光學輸入端(150)用以通過激光照射促進或觸發所述有源層(130)的能量帶的極值(210、220)之間的電荷載流子轉移。

技術領域

本發明的示例性實施例涉及一種耿氏二極管、一種用于生成太赫茲輻射(THz輻射)的開關、和一種用于生成THz輻射并且特別地以激光照射和場板技術在GaN耿氏二極管上生成THz輻射的方法。

背景技術

耿氏效應已成功地用于GaAs或InP基半導體元件中以生成高頻信號。這些半導體材料具有材料性質，諸如能帶過程、電荷載流子速度和可遷移率，這些特性引發了耿氏效應的電子轉移。

通過適當布線(例如，施加對應供應電壓)使電子在二極管中成批地(諸如波)積累和遷移，耿氏二極管利用了這種效應。這繼而導致電磁波根據該頻率的生成和隨后輻射。

特別對于極高頻率(例如，在太赫茲范圍內)，已知GaAs基半導體元件具有一系列缺點。這些缺點是有原因的，因為電子的飽和速度和電子轉移時間對于這些高頻來說太低了。因此，這些半導體元件很難用于太赫茲范圍內的頻率。此外，所謂“電子轉移效應”的閾值電場強度或能帶隙對于高輸出功率來說太小了。

因為還存在對于THz輻射源的漸增需求，所以可期望的是找到GaAs基半導體元件的替代品。

發明內容

上述問題的至少一部分通過根據權利要求1所述的耿氏二極管，通過根據權利要求10所述的開關和根據權利要求14所述的方法來解決。從屬權利要求限定了獨立權利要求的主題的其它有利實施例。

本發明涉及一種耿氏二極管，該耿氏二極管具有第一接觸層、第二接觸層、有源層、襯底和光學輸入端。有源層基于氮化鎵(GaN)基半導體材料(例如，Al_x In_y Ga_(1-x-y)N)，并且形成于第一接觸層和第二接觸層之間。

有源層連同第一接觸層和第二接觸層形成于襯底上。光學輸入端形成用于接收激光，以通過激光照射促進或觸發有源層的能帶之間的電荷載流子轉移。

用于有源層的GaN基半導體材料可特別地包括以下項：二元化合物半導體(即，GaN)、三元化合物半導體(例如，AlGaN、InGaN)或四元化合物半導體(例如，AlInGaN)或具有甚至更多組分的其它化合物半導體，但GaN作為一種成分。

襯底任選地包括下述材料的一者：氮化鎵、硅、碳化硅。

任選地，耿氏二極管還包括陽極觸點(陽極電極)和陰極觸點(陰極電極)。相比于有源層，第一接觸層和/或第二接觸層可為相同基體材料的較高摻雜區域。陽極觸點可任選地形成于襯底的后側上，使得其經由襯底(電氣地)連接至第一接觸層。陰極觸點可電氣地接觸第二接觸層。例如，第一接觸層和第二接觸層包括1x 10¹⁸cm^-3至5x 10¹⁸cm^-3的范圍內的摻雜，并且陽極觸點包括至少10²⁰cm^-3的摻雜。有源層也可進行摻雜以生成期望帶結構。任選地，第一接觸層可由襯底形成。在本發明不限于此的情況下，摻雜可例如以硅來進行(然而，許多其它材料為可能的)。

任選地，耿氏二極管還包括冷卻本體(有源或無源)，該冷卻本體具有相比于襯底的較高導熱性，以形成散熱片。有源層與冷卻本體的熱連接可經由襯底來產生。