CN104022163A - 一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，涉及太赫兹频段肖特基二极管技术领域，包括半绝缘GaAs衬底、半绝缘GaAs衬底上的重掺杂GaAs层、重掺杂GaAs层上的低掺杂GaAs层、二氧化硅层、欧姆接触金属层和钝化层，其特征在于所述钝化层均为金刚石。采用高热导率的金刚石作为太赫兹肖特基倍频二极管的钝化层，大大改善了肖特基二极管的散热性能，提高了肖特基二极管的倍频效率。

Description

一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管
技术领域
本发明涉及太赫兹频段肖特基二极管技术领域。
背景技术
在太赫兹（THz）频率低端范围内，通常采用半导体器件倍频方法获得固态源。该方法是将毫米波通过非线性半导体器件倍频至THz频段，具有结构紧凑、易于调节、寿命长，波形可控，常温工作等优点。目前短波长亚毫米波、THz固态源主要依靠倍频的方式获得。利用肖特基二极管器件实现高效倍频不仅电路结构简单、倍频效率较高，还兼有振荡源具有的较高输出功率、倍频放大链高频率稳定度、低相位噪声的优点；同时肖特基二极管器件可稳定工作于30GHz~3000GHz整个毫米波及亚毫米波频段。目前先进的变容二极管（RAL和VDI等研究机构生产）已经可以工作于3.1THz，具有良好的连续波功率和效率。因此肖特基二极管高效倍频技术非常适于高性能的毫米波、亚毫米波、THz***，是一种极具研究、应用价值的THz频率源技术。由于具有极小的结电容和串联电阻，高的电子漂移速度，平面GaAs肖特基二极管已经在THz频段上得到了广泛的应用，是THz技术领域中核心的固态电子器件。
对于太赫兹频段，由于频段高，输入倍频器的基波功率有限，为了得到更大的输出功率，因此有必要提高倍频器的倍频效率。已有研究表明，当肖特基二极管用于倍频时，散热对其效率有很大影响。温度升高，肖特基倍频二极管的效率降低。因此十分有必要降低倍频器件的工作温度，也就是起到核心非线性作用的肖特基二极管的工作温度。现有技术采用二氧化硅作为钝化层，其散热效果不佳，导致肖特基二极管倍频效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，采用高热导率的金刚石作为倍频二极管的钝化层，有效的改进了太赫兹倍频肖特基二极管的散热，提高了太赫兹倍频肖特基二极管的倍频效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，包括半绝缘GaAs衬底、半绝缘GaAs衬底上的重掺杂GaAs层、重掺杂GaAs层上的低掺杂GaAs层、二氧化硅层、欧姆接触金属层和钝化层，其特征在于所述钝化层均为金刚石。
进一步的技术方案，所述金刚石的厚度为20nm~500nm。
进一步的技术方案，所述金刚石是在半绝缘GaAs衬底和二氧化硅层上采用低温方式生长而成的。
进一步的技术方案，所述太赫兹倍频肖特基二极管还包括金属加厚层和肖特基接触金属层。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：金刚石热导率是二氧化硅的14倍，采用高热导率的金刚石作为太赫兹肖特基倍频二极管的钝化层，与采用二氧化硅为钝化层的肖特基二极管相比，在肖特基二极管用于倍频时，注入基波功率一般较大，肖特基二极管结温升高，由于金刚石优异的散热特性，将减缓肖特基二极管结温的升高。在同样的基波注入功率下，采用金刚石为钝化层的肖特基二极管其二极管结温工作温度低，二极管的串联电阻低，基波耗散在串联电阻上的功率降低，增加了注入基波功率的利用率，最终提高了肖特基二极管的倍频效率。采用金刚石作为钝化层的肖特基二极管与采用二氧化硅作为钝化层的肖特基二极管相比，其倍频效率预测能够提高约10%。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A’方向的截面示意图；
在附图中：1、金刚石，2、二氧化硅层，3、欧姆接触金属层，4、金属加厚层，5、半绝缘GaAs衬底，6、重掺杂GaAs层，7、低掺杂GaAs层，8、肖特基接触金属层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2所示，一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，
包括半绝缘GaAs衬底5、半绝缘GaAs衬底5上的重掺杂GaAs层6，重掺杂GaAs层6上的低掺杂GaAs层7，以及二氧化硅层2、欧姆接触金属层3和钝化层1。半绝缘GaAs衬底5处在太赫兹倍频肖特基二极管的最下方，用以支撑整个太赫兹倍频肖特基二极管。在半绝缘GaAs衬底5上有外延生长的重掺杂GaAs层6，在重掺杂GaAs层6上有外延生长的低掺杂GaAs层7，低掺杂GaAs层7上有肖特基接触金属层8,肖特基接触金属层8自下而上为Ti/Pt/Au。欧姆接触金属层3自下而上为Ni/Au/ Ge//Ni/Au，制作在重掺杂GaAs层6之上。金属加厚层4的成分为Au，制作在欧姆接触金属层3之上，并和肖特基接触金属层8通过空气桥相连。二氧化硅层2在低掺杂GaAs层7上方；所述钝化层1为金刚石，在整个半绝缘衬底5之上。所述金刚石的厚度为20nm~500nm。所述金刚石在半绝缘GaAs衬底5或二氧化硅层2上采用低温方式生长而成；重掺杂GaAs，掺杂浓度为10^18cm-3量级。低掺杂GaAs，浓度为1e16 cm-3~5e17 cm-3。
本发明所述的太赫兹倍频肖特基二极管能够通过成熟的肖特基二极管加工工艺实现，目前肖特基二极管的制造技术在国内外均已成熟，包括阴极欧姆接触、阳极肖特基金属蒸发，空气桥连接以及隔离槽腐蚀，制作钝化层。正面加工工艺完成后，进行背面的减薄及分片，制作出太赫兹倍频肖特基二极管。
本发明主要是引入了金刚石作为太赫兹倍频二极管的钝化层，由附图可以看到金刚石覆盖了大部分面积的肖特基二极管，能够有效改善用作倍频器件时的散热，提高其倍频效率。
考虑到GaAs器件的可靠性，本发明所采用的金刚石须采用低温方式生长。
金刚石被称为新一代宽禁带半导体，是一种宽禁带材料，是已知的具有最高热导率的材料，最高达120W/cm·K(-190℃)，一般可达20W/cm·K(20℃)，约为二氧化硅的14倍。将金刚石材料用于太赫兹肖特基倍频二极管，能够改善太赫兹倍频肖特基二极管的散热性能，提高其倍频效率。 

Claims (4)

1.一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，包括半绝缘GaAs衬底（5）、半绝缘GaAs衬底（5）上的重掺杂GaAs层（6）、重掺杂GaAs层（6）上的低掺杂GaAs层（7）、二氧化硅层（2）、欧姆接触金属层（3）和钝化层（1），其特征在于所述钝化层（1）均为金刚石。
2.根据权利要求1所述的一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于所述金刚石的厚度为20nm~500nm。
3.根据权利要求1所述的一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于所述金刚石是在半绝缘GaAs衬底（5）和二氧化硅层（2）上采用低温方式生长而成的。
4.根据权利要求1所述的一种散热改进型GaAs基太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于所述太赫兹倍频肖特基二极管还包括金属加厚层（4）和肖特基接触金属层（8）。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465796A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 中国电子科技集团公司第十三研究所 类混频GaAs太赫兹肖特基三倍频二极管
CN104795453A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种多梁式引线砷化镓基肖特基倍频二极管
CN104867968A (zh) * 2015-06-12 2015-08-26 四川迈格酷科技有限公司 用于太赫兹低频段GaAs基大功率肖特基倍频二极管
CN111048596A (zh) * 2019-12-06 2020-04-21 中山大学 一种肖特基二极管及其制备方法
CN111509051A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 北京国联万众半导体科技有限公司 新型毫米波Ga2O3肖特基二极管
CN112289865A (zh) * 2020-10-12 2021-01-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件
CN112435919A (zh) * 2020-10-27 2021-03-02 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种金刚石与GaAs太赫兹肖特基二极管集成的方法
CN113345953A (zh) * 2021-06-04 2021-09-03 厦门芯辰微电子有限公司 具有反向隔离槽的毫米波肖特基二极管

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041881A (en) * 1987-05-18 1991-08-20 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Whiskerless Schottky diode
CN103367463A (zh) * 2013-07-23 2013-10-23 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种太赫兹横向肖特基二极管及其制作方法
WO2013190997A1 (ja) * 2012-06-20 2013-12-27 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体装置
CN203859185U (zh) * 2014-04-28 2014-10-01 山东康洋电源有限公司 蓄电池极板烘干温度自动调整装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041881A (en) * 1987-05-18 1991-08-20 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Whiskerless Schottky diode
WO2013190997A1 (ja) * 2012-06-20 2013-12-27 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体装置
CN103367463A (zh) * 2013-07-23 2013-10-23 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种太赫兹横向肖特基二极管及其制作方法
CN203859185U (zh) * 2014-04-28 2014-10-01 山东康洋电源有限公司 蓄电池极板烘干温度自动调整装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465796A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 中国电子科技集团公司第十三研究所 类混频GaAs太赫兹肖特基三倍频二极管
CN104795453A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种多梁式引线砷化镓基肖特基倍频二极管
CN104795453B (zh) * 2015-04-24 2018-06-12 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种多梁式引线砷化镓基肖特基倍频二极管
CN104867968A (zh) * 2015-06-12 2015-08-26 四川迈格酷科技有限公司 用于太赫兹低频段GaAs基大功率肖特基倍频二极管
CN111048596A (zh) * 2019-12-06 2020-04-21 中山大学 一种肖特基二极管及其制备方法
CN111509051A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 北京国联万众半导体科技有限公司 新型毫米波Ga2O3肖特基二极管
CN112289865A (zh) * 2020-10-12 2021-01-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件
CN112289865B (zh) * 2020-10-12 2022-12-13 中国电子科技集团公司第十三研究所 可偏置混频肖特基二极管结构及半导体器件
CN112435919A (zh) * 2020-10-27 2021-03-02 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种金刚石与GaAs太赫兹肖特基二极管集成的方法
CN112435919B (zh) * 2020-10-27 2022-08-12 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种金刚石与GaAs太赫兹肖特基二极管集成的方法
CN113345953A (zh) * 2021-06-04 2021-09-03 厦门芯辰微电子有限公司 具有反向隔离槽的毫米波肖特基二极管

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