一种带GaN子阱的RTD发射区新设计的制作方法

本发明涉及一种电子器件，即共振隧穿二极管（Resonant Tunneling Diode, RTD）。RTD作为太赫兹波信号发射源电子器件之一，一直以来都是研究焦点。近年来的研究报道表明RTD是最快的电子器件，也是振荡频率最高的电子器件，其I-V特性中的微分负阻效应使得其极有可能应用于室温下高功率太赫兹波振荡源的设计当中，因而GaN基RTD的研究重点在于提高峰值电流、峰谷电流比值以及输出功率。在目前的研究中，带GaN子阱的GaN基RTD具有最佳的器件特性。

背景技术：

由于GaN作为第三代半导体材料的优良物理特性，使得GaN基RTD是最有望设计出室温下可靠的高功率太赫兹振器的电子器件，但是目前GaN仍存在如生长工艺不成熟、AlGaN不易掺杂做电极接触、负阻退化、进一步提高功率、振荡频率等困难，所以目前GaN基RTD的研究方向就是解决这些问题，把GaN的优势转化成实际的器件表现。

带GaN子阱的双势垒单势阱RTD的结构从发射极电极到集电极电极依次为：重掺杂的Al_xGa_1-xN发射区、Al_xGa_1-xN隔离区、GaN子阱、Al_yGa₁-_yN/GaN/Al_yGa₁-_yN双势垒单势阱有源区、GaN集电极隔离区、GaN重掺杂的集电区。GaN子阱引入之后，改变了隧穿机制，从而可以得到更大电流，但是AlGaN不易掺杂，在工艺上做电极接触较困难。

工艺设计中AlGaN的Al组分缓变的结构已经在GaN基的深紫外LED研究中有了报道，于是考虑将这种技术应用于带GaN子阱的GaN基RTD的设计中，可以避免目前工艺上AlGaN不易掺杂从而做电极接触困难的问题。

技术实现要素：

本发明针对带GaN子阱的GaN基双势垒单势阱RTD结构，提出使用Al组分缓变（从0缓变到x）的Al_xGa_1-xN作为发射区，从而实现GaN做发射区的欧姆接触，避免了工艺上AlGaN掺杂困难，不易做电极接触的问题，同时保证了发射区能带的连续性，相较于突变结构避免了发射区形成势垒，对发射极电流造成影响。

本发明所设计的RTD结构自发射极到集电极依次为：GaN发射区，Al组分缓变的Al_xGa_1-xN发射区、Al_xGa_1-xN隔离区、GaN子阱、Al_yGa₁-_yN/GaN/Al_yGa₁-_yN双势垒单势阱有源区、GaN集电极隔离区、GaN集电区，结构图如图1。理论分析表明，本发明所设计的新型发射区结构的RTD可以获得良好的微分负阻特性，而且输出峰值电流、输出功率都比普通结构的GaN基RTD有大幅提升。

针对本发明所设计的新型发射区结构的RTD进行了仿真，仿真过程中器件截面积是设定为6×5um²，各区域厚度分别为：GaN发射区（50nm），Al组分缓变的Al_xGa_1-xN发射区（50nm）、Al_xGa_1-xN发射极隔离区（5nm）、GaN子阱（3nm）、Al_yGa₁-_yN/GaN/Al_yGa₁-_yN（1.5nm/1.5nm/1.5nm）、GaN集电极隔离区（5nm）、GaN集电区（100nm）。为了和实际寄生串联电阻一致，电极端接触电阻率设为4.36×10^-3Ωcm²。仿真中x=y=0.2，采用低Al组分的Al_0.2Ga_0.8N的目的是晶格更加匹配于GaN势阱，从而提高异质结质量，减少异质结界面缺陷数量，以抑制负微分电阻特性的退化；集电区和发射区采用1×10¹⁹cm^-3的重掺杂，其他区域都不掺杂，发射区和集电区与各自电极均是欧姆接触。图2呈现了该RTD器件核心区域在零偏压下的导带剖面图。仿真设定在室温下进行，器件仿真所得的I-V特性曲线如图3所示，峰值电流Ip=1.29A（43mA/um²），谷值电流Iv=0.23A（7.67mA/um²），（电流峰谷比）PVCR=5.61，仿真结果验证了理论分析的结果。峰值电流、输出功率和PVCR都是目前RTD器件研究工作报道中的最好结果之一。

附图说明

图1是缓变AlGaN发射区设计的带GaN子阱的RTD材料结构示意图。

图2是缓变AlGaN发射区设计的带GaN子阱的RTD的零偏压下的导带剖面图。

图3是缓变AlGaN发射区设计的带GaN子阱的RTD的仿真I-V特性图。