氮化镓耿氏二极管器件结构设计

  氮化镓和砷化镓的基本材料性质（主要用于设计使用方便）
表1 氮化镓和砷化镓材料的基本材料参数
氮化镓和砷化镓材料的基本材料参数 
  1)传统N+ GaN/N- GaN/N+ GaN结构设计
传统N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管 
图1 传统N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管
  该结构一共由5层构成，分别为：N+ SiC或sapphire衬底，AlN缓冲层，N+ GaN接触层，N- GaN载流子渡越层（有源区），N+ GaN接触层。N+ SiC或sapphire衬底主要起到器件的支撑作用，为器件提供一个支撑载体。AlN为缓冲层，用于缓冲GaN与N+ SiC或sapphire衬底之间的晶格失配。N+ GaN接触层主要用于提供一个很好的欧姆接触，减小器件的接触电阻。N- GaN载流子渡越层为耿氏器件的有源区，该结构的设计主要是关于该区域的浓度和尺寸的设计。
 
  (2)带Notch层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN结构设计
带低掺杂Notch层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管 
图2 带低掺杂Notch层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管
 
  N- 型GaN Notch层的设计：
  GaN Notch层能够促进偶极畴的形成，减小“死区”长度，因此可以减薄渡越层长度L，提高耿氏振荡频率。Notch层的掺杂浓度一般为~1016cm- 3量级，即可以采用低掺杂也可以采用非故意掺杂的背景载流子浓度来实现。
 
  (3)带p型Spike层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN结构设计
带P型Spike层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管 
图3 带P型Spike层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管
 
  P型GaN Spike层的设计：
  P型掺杂的氮化镓Spike层可以起跟氮化镓Notch层相似的作用，目的是形成一个非常薄的全耗尽区，加速偶极畴的形成，可以减薄渡越层长度L，提高耿氏振荡频率。这种结构早已经被应用于平面势垒二极管中。
 
  (4)通过加入AlGaN加速层的N+ GaN/ N- GaN/ N+ GaN结构设计
带AlGaN加速层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管 
图4 带AlGaN加速层的N+ GaN/N- GaN/N+ GaN耿氏二极管
  该结构通过加入加速层来减小渡越层的长度L，来提高振荡频率。

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