一種異質結勢壘變容管及其製備方法
2023-10-11 11:57:49 2
專利名稱：一種異質結勢壘變容管及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種異質結勢壘變容管及其製備方法，屬於微波器件中變容管技術領域。
背景技術：
變容管是一種常用的微波器件。因為其C-V的非線性關係，被廣泛應用於微波非線性電路設計中，如壓控振蕩器、移相器、混頻器，倍頻器等。相比於傳統的肖特基變容管，異質結變容管具有對稱的C-V特性和非對稱的I-V 特性，這一特性使得異質結變容管被廣泛應用於倍頻器等電路中。異質結變容管一般採用背對背結構，這種結構使得異質結勢壘加倍，補償了結構上的不對稱性。圖1為傳統的異質結變容管的結構示意圖。如圖1所示，傳統的異質結變容管PAD， 變容管的陰陽極金屬，及它們的連接線處在同一平面上。通過刻蝕引線下方區域的材料來形成溝道隔離。這樣連接引線像橋身一樣架在PAD與接觸金屬之間。然而這種結構中橋身會由於長時間重力作用出現橋身斷裂現象導致器件短路，若增加橋身的剛度，無疑會大大增加製作成本。
發明內容
本發明針對傳統的異質結變容管結構中橋身會由於長時間重力作用出線橋身斷裂現象導致器件短路，而增加橋身的剛度會大大增加製作成本的不足，提供一種異質結勢壘變容管及其製備方法。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種異質結勢壘變容管包括GaAs襯底，位於所述GaAs襯底上的重摻雜GaAs溝道層，位於所述重摻雜GaAs溝道層上的至少一個異質結勢壘結構，位於所述至少一個異質結勢壘結構上的重摻雜GaAs帽層，位於所述重摻雜GaAs帽層上的陽極和陰極，所述變容管在靠近陽極遠離陰極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第一臺階結構，所述變容管在陽極和陰極之間具有一從重摻雜 GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層的第二臺階結構，所述變容管在靠近陰極遠離陽極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第三臺階結構，所述第一臺階結構、第二臺階結構和第三臺階結構上覆蓋有介質層，所述第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上設有引線，所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上設有 PAD。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。進一步，所述重摻雜GaAs溝道層為重摻雜N型GaAs溝道層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO18釐米_3 ；所述重摻雜GaAs帽層為重摻雜N型GaAs帽層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IOw釐米_3。進一步，所述異質結勢壘結構包括第一輕摻雜GaAs調製層，位於所述第一輕摻雜 GaAs調製層上的第一未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第一未摻雜的GaAs緩衝層上的未摻雜的AWaAs勢壘層，位於所述未摻雜的AWaAs勢壘層上的第二未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第二未摻雜的GaAs緩衝層上的第二輕摻雜GaAs調製層。進一步，所述第一輕摻雜GaAs調製層為第一輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO"5釐米_3 ；所述第二輕摻雜GaAs調製層為第二輕摻雜N型 GaAs調製層，摻雜的離子Si，摻雜的離子濃度為5 X IO16釐米_3。本發明還提供一種異質結勢壘變容管的製備方法，包括如下步驟1)在GaAs襯底上依次生長重摻雜GaAs溝道層、至少一個異質結勢壘結構和重摻雜(iaAs帽層；2)在所述重摻雜GaAs帽層上形成歐姆接觸金屬，從而製成變容管的陽極和陰極；3)將變容管陽極和陰極之間從重摻雜GaAs帽層到至少一個異質結勢壘結構之間的結構去除，使陽極和陰極之間的重摻雜GaAs溝道層暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層的第二臺階結構；4)將變容管兩端從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層之間的結構去除，使變容管兩端的GaAs襯底暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第一臺階結構和第三臺階結構；5)在形成第一臺階結構、第二臺階結構和第三臺階結構的器件表面形成介質層， 同時將歐姆接觸區的介質層去除，形成第一引線窗口和第二引線窗口 ；6)在所述第一引線窗口、第二引線窗口以及第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上形成引線，在所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上形成PAD。進一步，所述重摻雜GaAs溝道層為重摻雜N型GaAs溝道層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5 X IOw釐米_3 ；所述重摻雜GaAs帽層為重摻雜N型GaAs帽層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IOw釐米_3。進一步，所述異質結勢壘結構包括第一輕摻雜GaAs調製層，位於所述第一輕摻雜 GaAs調製層上的第一未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第一未摻雜的GaAs緩衝層上的未摻雜的AWaAs勢壘層，位於所述未摻雜的AWaAs勢壘層上的第二未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第二未摻雜的GaAs緩衝層上的第二輕摻雜GaAs調製層。進一步，所述第一輕摻雜GaAs調製層為第一輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO"5釐米_3 ；所述第二輕摻雜GaAs調製層為第二輕摻雜N型 GaAs調製層，摻雜的離子Si，摻雜的離子濃度為5 X IO16釐米_3。本發明的有益效果是本發明異質結勢壘變容管中PAD與陰陽極接觸金屬不再在一個平面上，而是處在襯底層與接觸金屬形成臺階上，連接引線採用爬坡形式將PAD與陰陽極分別連接，避免了複雜的空氣橋結構，製作簡便，易於實現；引線與地之間的寄生電容小，同時C-V特性具有很好的對稱行，可以大大的簡化倍頻電路的設計；同時為了避免連接引線和坡壁材料直接接觸而形成短路，在電鍍PAD和引線之前在整個器件表面澱積一介質層，在陰陽極區域通過刻蝕方法開個窗口，使得引線與坡壁之間有一層介質進行隔離。
圖1為傳統的異質結變容管的結構示意圖2為本發明實施例異質結勢壘變容管在襯底上形成溝道層、雙勢壘異質結結構和帽層的結構示意圖；圖3為本發明實施例異質結勢壘變容管形成陽極和陰極的結構示意圖；圖4為本發明實施例異質結勢壘變容管在帽層和溝道層之間形成第二臺階結構的結構示意圖；圖5為本發明實施例異質結勢壘變容管在帽層和襯底之間形成第一臺階結構和第三臺階結構的結構示意圖；圖6為本發明實施例異質結勢壘變容管形成介質層的結構示意圖；圖7為本發明實施例異質結勢壘變容管形成引線和PAD的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。本發明異質結勢壘變容管包括至少一個異質結勢壘結構，在本實施例中，本發明異質結勢壘變容管包括兩個異質結勢壘結構。所述異質結勢壘變容管包括GaAs襯底，位於所述GaAs襯底上的重摻雜GaAs溝道層，位於所述重摻雜GaAs溝道層上的兩個異質結勢壘結構，位於所述兩個異質結勢壘結構上的重摻雜GaAs帽層，位於所述重摻雜GaAs帽層上的陽極和陰極，所述變容管在靠近陽極遠離陰極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第一臺階結構，所述變容管在陽極和陰極之間具有一從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層的第二臺階結構，所述變容管在靠近陰極遠離陽極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第三臺階結構，所述第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上設有引線，所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上設有PAD。所述重摻雜GaAs溝道層為重摻雜N型GaAs溝道層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5 X IO18釐米_3 ；所述重摻雜GaAs帽層為重摻雜N型GaAs帽層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IOw釐米_3。所述兩個異質結勢壘結構分別為114和115，兩個串聯在一起，每個異質結勢壘結構包括第一輕摻雜GaAs調製層，位於所述第一輕摻雜GaAs調製層上的第一未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第一未摻雜的GaAs緩衝層上的未摻雜的AWaAs 勢壘層，位於所述未摻雜的AlGaAs勢壘層上的第二未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第二未摻雜的GaAs緩衝層上的第二輕摻雜GaAs調製層。所述第一輕摻雜GaAs調製層為第一輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO"5釐米_3 ；所述第二輕摻雜GaAs調製層為第二輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子Si，摻雜的離子濃度為5X IO"5 釐米_3。本發明包括兩個異質結勢壘結構的異質結勢壘變容管的製備方法包括步驟1)結合圖2，在GaAs襯底100上依次外延生長重摻雜GaAs溝道層101、輕摻雜的GaAs調製層102、未摻雜的GaAs緩衝層103、未摻雜的AlGaAs勢壘層104、未摻雜的 GaAs緩衝層105、輕摻雜的GaAs調製層106、未摻雜的GaAs緩衝層107、未摻雜的AlGaAs勢壘層108、未摻雜的GaAs緩衝層109、輕摻雜的GaAs調製層110和重摻雜GaAs帽層111。步驟2):結合圖3，在所述重摻雜GaAs帽層111上通過蒸發金屬的方法形成歐姆接觸金屬，從而製成變容管的陽極112和陰極113。在本實施例中，所述歐姆接觸金屬為Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au。步驟3)結合圖4，將變容管陽極112和陰極113之間從重摻雜GaAs帽層111到輕摻雜的GaAs調製層102之間的結構通過溼法腐蝕的方法去除，使陽極112和陰極113之間的重摻雜GaAs溝道層101暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層111到重摻雜GaAs溝道層101的第二臺階結構。步驟4)結合圖5，將變容管兩端從重摻雜GaAs帽層111到重摻雜GaAs溝道層 101之間的結構通過溼法腐蝕的方法去除，使變容管兩端的GaAs襯底100暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層111到GaAs襯底100的第一臺階結構和第三臺階結構。步驟5):結合圖6，在形成第一臺階結構、第二臺階結構和第三臺階結構的器件表面通過氣相澱積的方法形成介質層121，同時將歐姆接觸區的介質層通過有源離子刻蝕的方法去除，形成第一引線窗口 116和第二引線窗口 117。在本實施例中，所述介質層為Si3N4層。步驟6):結合圖7，在所述第一引線窗口 116、第二引線窗口 117以及第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上形成引線118，在所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上形成PAD119，從而將陽極和陰極的金屬引出。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種異質結勢壘變容管，其特徵在於，所述變容管包括GaAs襯底，位於所述GaAs襯底上的重摻雜GaAs溝道層，位於所述重摻雜GaAs溝道層上的至少一個異質結勢壘結構，位於所述至少一個異質結勢壘結構上的重摻雜GaAs帽層，位於所述重摻雜GaAs帽層上的陽極和陰極，所述變容管在靠近陽極遠離陰極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第一臺階結構，所述變容管在陽極和陰極之間具有一從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs 溝道層的第二臺階結構，所述變容管在靠近陰極遠離陽極的一端具有一從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第三臺階結構，所述第一臺階結構、第二臺階結構和第三臺階結構上覆蓋有介質層，所述第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上設有引線，所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上設有PAD。
2.根據權利要求1所述的異質結勢壘變容管，其特徵在於，所述重摻雜GaAs溝道層為重摻雜N型GaAs溝道層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IOw釐米_3 ；所述重摻雜 GaAs帽層為重摻雜N型GaAs帽層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO18釐米_3。
3.根據權利要求1所述的異質結勢壘變容管，其特徵在於，所述異質結勢壘結構包括第一輕摻雜GaAs調製層，位於所述第一輕摻雜GaAs調製層上的第一未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第一未摻雜的GaAs緩衝層上的未摻雜的AKiaAs勢壘層，位於所述未摻雜的 AlGaAs勢壘層上的第二未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第二未摻雜的GaAs緩衝層上的第二輕摻雜GaAs調製層。
4.根據權利要求3所述的異質結勢壘變容管，其特徵在於，所述第一輕摻雜GaAs調製層為第一輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IO"5釐米_3 ；所述第二輕摻雜GaAs調製層為第二輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子Si，摻雜的離子濃度為5 X IO"5釐米Λ
5.一種異質結勢壘變容管的製備方法，其特徵在於，所述製備方法包括1)在GaAs襯底上依次生長重摻雜GaAs溝道層、至少一個異質結勢壘結構和重摻雜 GaAs帽層；2)在所述重摻雜GaAs帽層上形成歐姆接觸金屬，從而製成變容管的陽極和陰極；3)將變容管陽極和陰極之間從重摻雜GaAs帽層到至少一個異質結勢壘結構之間的結構去除，使陽極和陰極之間的重摻雜GaAs溝道層暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層的第二臺階結構；4)將變容管兩端從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層之間的結構去除，使變容管兩端的GaAs襯底暴露出來，從而形成從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的第一臺階結構和第三臺階結構；5)在形成第一臺階結構、第二臺階結構和第三臺階結構的器件表面形成介質層，同時將歐姆接觸區的介質層去除，形成第一引線窗口和第二引線窗口 ；6)在所述第一引線窗口、第二引線窗口以及第一臺階結構和第三臺階結構的上臺階階面和側壁處的介質層上形成引線，在所述第一臺階結構和第三臺階結構的下臺階階面處的介質層上形成PAD。
6.根據權利要求5所述的異質結勢壘變容管的製備方法，其特徵在於，所述重摻雜 GaAs溝道層為重摻雜N型GaAs溝道層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5X IOw釐米_3 ；所述重摻雜GaAs帽層為重摻雜N型GaAs帽層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為·5 X IO18 釐米 Λ
7.根據權利要求5所述的異質結勢壘變容管的製備方法，其特徵在於，所述異質結勢壘結構包括第一輕摻雜GaAs調製層，位於所述第一輕摻雜GaAs調製層上的第一未摻雜的 GaAs緩衝層，位於所述第一未摻雜的GaAs緩衝層上的未摻雜的AlGaAs勢壘層，位於所述未摻雜的AlGaAs勢壘層上的第二未摻雜的GaAs緩衝層，位於所述第二未摻雜的GaAs緩衝層上的第二輕摻雜GaAs調製層。
8.根據權利要求7所述的異質結勢壘變容管的製備方法，其特徵在於，所述第一輕摻雜GaAs調製層為第一輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子為Si，摻雜的離子濃度為5Χ IO"5 釐米_3 ；所述第二輕摻雜GaAs調製層為第二輕摻雜N型GaAs調製層，摻雜的離子Si，摻雜的離子濃度為5 X IO"5釐米_3。
全文摘要
本發明涉及一種異質結勢壘變容管及其製備方法，屬於微波器件中變容管技術領域。所述變容管包括從重摻雜GaAs帽層到GaAs襯底的兩個臺階結構，以及從重摻雜GaAs帽層到重摻雜GaAs溝道層的一個臺階結構，三個臺階結構上覆蓋有介質層，介質層上設有引線和PAD。本發明異質結勢壘變容管中PAD處在襯底層與接觸金屬形成臺階上，連接引線採用爬坡形式將PAD與陰陽極分別連接，避免了複雜的空氣橋結構，製作簡便，易於實現。
文檔編號H01L21/329GK102468345SQ20101054326
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者張海英, 楊浩, 田超, 董軍榮, 黃杰 申請人:中國科學院微電子研究所