GaN基太赫茲耿氏二極管新結構研究.pdf

1、太赫茲技術是近些年來高速發(fā)展的新興學科，是一個國家競爭力和綜合實力的重要表現(xiàn)，具有廣泛的應用前景，其中關于半導體太赫茲固態(tài)源的研究尤其重要。與傳統(tǒng)III-V半導體材料相比，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，因此在毫米波大功率電子器件領域受到了廣泛的關注。目前比較成熟的耿氏二極管結構有：n+/n-/n+結構、凹槽摻雜結構以及基于AlGaN電子發(fā)射層結構等等，其中AlGaN電子發(fā)射層的引入是為了發(fā)射熱電子。為了

2、進一步減小耿氏器件“死區(qū)”長度，同時減小AlGaN/GaN異質(zhì)結中的晶格失配程度，我們進行了耿氏器件的新結構研究，提出了基于AlGaN/GaN超晶格結構的電子發(fā)射層、雙漸變AlGaN電子發(fā)射層以及在歐姆層中加入AlGaN插入層的新結構。并通過仿真實驗對器件結構的合理性進行驗證，同時提取相關電學參數(shù)，說明改進后的器件結構所具有的優(yōu)勢。
　　首先，本文提出了AlGaN/GaN超晶格結構作為耿氏器件的高能熱電子發(fā)射層。先通過仿真實驗選取

3、了合適的直流工作點，從而得到了穩(wěn)定的自激振蕩波形，驗證了結構設計的合理性。之后又研究了超晶格周期數(shù)目以及偏置電壓對于器件的影響，得到了超晶格周期和偏置電壓對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)的電場分布圖像對結論進行了解釋和說明。
　　其次，在AlGaN/GaN異質(zhì)結理論的基礎上，針對單漸變Al組分AlGaN電子發(fā)射層中的問題，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。本文先通過伏安特性曲線確定了直流工作

4、點，得到穩(wěn)定波形，再利用快速傅里葉變換提取了相關參數(shù)，對比了雙漸變Al組分結構與單漸變Al組分電子發(fā)射層結構之間的區(qū)別。從而驗證了設計的合理性并說明了新結構的優(yōu)點。
　　最后，針對Notch摻雜結構GaN耿氏二極管中的問題，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。首先說明的設計的思想，接著對器件進行了電學仿真，說明新結構設計合理性，最后給出了一般的工藝制造流程圖。同時該結構具有很強的移植性，能