[發明專利]一種砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202210640920.4
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN115206800A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 楊大寶;劉波;邢東;趙向陽;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: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L23/373;H01L23/367;H01L29/872
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 劉少卿

本發明提供一種砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管及其制備方法。該制備方法包括：在金剛石基片上生長砷化鎵多晶薄膜層，其中，砷化鎵多晶薄膜層為半絕緣砷化鎵；在砷化鎵多晶薄膜層上制備肖特基二極管的器件層。本發明能夠通過在金剛石基片上直接生長砷化鎵多晶薄膜層，在此基礎上制備肖特基二極管，金剛石基片代替砷化鎵襯底作為肖特基二極管的結構支撐，工藝流程簡單，生產周期短，可靠性高，提升了砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管的散熱性能。

技術領域

本發明涉及太赫茲器件技術領域，尤其涉及一種砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管及其制備方法。

背景技術

在太赫茲(THz)頻率低端范圍內，通常采用半導體器件倍頻方法獲得固態源。該方法是將毫米波通過非線性半導體器件倍頻至THz頻段，具有結構緊湊、易于調節、壽命長、波形可控和常溫工作等優點。目前短波長亞毫米波、THz固態源主要依靠倍頻的方式獲得。利用肖特基二極管器件實現高效倍頻不僅電路結構簡單、倍頻效率較高，還兼有振蕩源具有的較高輸出功率、倍頻放大鏈高頻率穩定度和低相位噪聲的優點。同時肖特基二極管器件可穩定工作于30GHz～3000GHz整個毫米波及亞毫米波頻段。目前先進的變容二極管(RAL和VDI等研究機構生產)已經可以工作于3.1THz，具有良好的連續波功率和效率。因此肖特基二極管高效倍頻技術非常適于高性能的毫米波、亞毫米波和THz系統，是一種極具研究、應用價值的THz頻率源技術。由于具有極小的結電容和串聯電阻，高的電子漂移速度，平面GaAs肖特基二極管已經在THz頻段上得到了廣泛的應用，是THz技術領域中核心的固態電子器件。

對于太赫茲頻段，由于頻段高，輸入倍頻器的基波功率有限，為了得到更大的輸出功率，因此有必要提高倍頻器的倍頻效率。已有研究表明，當肖特基二極管用于倍頻時，散熱對其效率有很大影響。溫度升高，肖特基倍頻二極管的效率降低。因此有必要降低倍頻器件的工作溫度，即降低起到核心非線性作用的肖特基二極管的工作溫度。為了改進散熱，可以使用高熱導率的新型材料。金剛石被稱為新一代寬禁帶半導體，是一種寬禁帶材料，是已知熱導率最高的材料。金剛石的熱導率最高達120W/cm·K，一般可達20W/cm·K，是SiC材料熱導率的4倍，是GaN材料熱導率的14倍。將金剛石材料用于太赫茲肖特基倍頻二極管制備，可以改善肖特基二極管倍頻器的散熱性能，提高其倍頻效率。

現有技術采用鍵合工藝更換金剛石基片提高散熱性能。先在砷化鎵襯底上制備肖特基二極管，在肖特基二極管的正面鍵合過渡基片作為結構支撐，再通過減薄工藝或刻蝕工藝去除砷化鎵襯底，然后在肖特基二極管的背面鍵合金剛石基片并去除過渡基片。現有技術需要鍵合過渡基片、去除砷化鎵襯底、鍵合金剛石基片和去除過渡基片等多道工藝，工藝流程復雜，生產周期長。

發明內容

本發明實施例提供了一種砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管及其制備方法，以解決現有技術制備改進散熱型砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管工藝流程復雜的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種砷化鎵基太赫茲倍頻肖特基二極管的制備方法，包括：在金剛石基片上生長砷化鎵多晶薄膜層，其中，砷化鎵多晶薄膜層為半絕緣砷化鎵。在所述砷化鎵多晶薄膜層上制備肖特基二極管的器件層。

在一種可能的實現方式中，所述在金剛石基片上生長砷化鎵多晶薄膜層，包括：通過物理氣相沉積的方法，將砷化鎵單晶材料沉積在金剛石基片上，獲得砷化鎵多晶薄膜層。

在一種可能的實現方式中，所述通過物理氣相沉積的方法，將砷化鎵多晶材料沉積在金剛石基片上，獲得砷化鎵多晶薄膜層，包括：將砷化鎵單晶材料研磨成粉末，制備砷化鎵材料靶材。通過物理氣相沉積的方法，將砷化鎵材料靶材沉積在金剛石基片上，獲得砷化鎵多晶薄膜層。

在一種可能的實現方式中，所述物理氣相沉積的方法為磁控濺射。

在一種可能的實現方式中，在所述砷化鎵多晶薄膜層上制備肖特基二極管的器件層之后，還包括：通過背面減薄工藝減小金剛石基片的厚度。