GaN基太赫茲耿氏二極管新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、太赫茲技術(shù)是近些年來(lái)高速發(fā)展的新興學(xué)科，是一個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和綜合實(shí)力的重要表現(xiàn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，其中關(guān)于半導(dǎo)體太赫茲固態(tài)源的研究尤其重要。與傳統(tǒng)III-V半導(dǎo)體材料相比，GaN具有禁帶寬度大、二維電子氣濃度高、子帶間電子散射快等優(yōu)點(diǎn)，因此在毫米波大功率電子器件領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。目前比較成熟的耿氏二極管結(jié)構(gòu)有：n+/n-/n+結(jié)構(gòu)、凹槽摻雜結(jié)構(gòu)以及基于AlGaN電子發(fā)射層結(jié)構(gòu)等等，其中AlGaN電子發(fā)射層的引入是為了發(fā)射熱電子。為了

2、進(jìn)一步減小耿氏器件“死區(qū)”長(zhǎng)度，同時(shí)減小AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中的晶格失配程度，我們進(jìn)行了耿氏器件的新結(jié)構(gòu)研究，提出了基于AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射層、雙漸變AlGaN電子發(fā)射層以及在歐姆層中加入AlGaN插入層的新結(jié)構(gòu)。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)器件結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)提取相關(guān)電學(xué)參數(shù)，說(shuō)明改進(jìn)后的器件結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)勢(shì)。
　　首先，本文提出了AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)作為耿氏器件的高能熱電子發(fā)射層。先通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)選取

3、了合適的直流工作點(diǎn)，從而得到了穩(wěn)定的自激振蕩波形，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。之后又研究了超晶格周期數(shù)目以及偏置電壓對(duì)于器件的影響，得到了超晶格周期和偏置電壓對(duì)于器件電特性影響的一般規(guī)律，最后根據(jù)耿氏器件內(nèi)的電場(chǎng)分布圖像對(duì)結(jié)論進(jìn)行了解釋和說(shuō)明。
　　其次，在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)單漸變Al組分AlGaN電子發(fā)射層中的問(wèn)題，本文提出了雙漸變Al組分的AlGaN電子發(fā)射層的優(yōu)化方案。本文先通過(guò)伏安特性曲線確定了直流工作

4、點(diǎn)，得到穩(wěn)定波形，再利用快速傅里葉變換提取了相關(guān)參數(shù)，對(duì)比了雙漸變Al組分結(jié)構(gòu)與單漸變Al組分電子發(fā)射層結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別。從而驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性并說(shuō)明了新結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
　　最后，針對(duì)Notch摻雜結(jié)構(gòu)GaN耿氏二極管中的問(wèn)題，本文提出了新的優(yōu)化方案：在GaN耿氏二極管的歐姆接觸層中加入AlGaN插入層。首先說(shuō)明的設(shè)計(jì)的思想，接著對(duì)器件進(jìn)行了電學(xué)仿真，說(shuō)明新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，最后給出了一般的工藝制造流程圖。同時(shí)該結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的移植性，能