ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫЙ СВЧ pin-ДИОД

Полезная модель относится к СВЧ pin-диодам и предназначена для использования в качестве элементов гибридных или монолитных интегральных схема. Полезная модель может быть использована как в интегральных схемах СВЧ-переключателей, так и в других интегральных схемах.
+
-
-
+
+
Широко известны гетероструктурные СВЧ pin-диоды созданные на полуизолирующей подложке из арсенида галлия. Так в работе [1] рассмотрена конструкция pin-диода, являющаяся аналогом предлагаемой полезной модели. Известный аналог выполнен на полуизолирующей подложке из арсенида галлия и содержит следующую последовательность слоев. На подложке создан слой арсенида галлия n-типа, на котором, в свою очередь, выращен слой i-типа (n, p) проводимости арсенида галлия и, наконец, слой твердого раствора AlGaAs p-типа проводимости. На поверхности слоя твердого раствора AlGaAs, а также на выступающей поверхности слоя арсенида галлия n-типа созданы металлические электроды, дающие омические контакты к названным слоям.
-6
-5
2
Недостатком известной конструкции является наличие металлического электрода непосредственно на поверхности слоя твердого раствора. Металлический контакт на слое твердого раствора предназначен для формирования омического контакта к этому слою. Известно, что формирование омического контакта на поверхности слоя твердого раствора, содержащего алюминий, является не простой технологической задачей, при этом типичные значения контактного сопротивления, которые обычно получают на твердом растворе соответствуют величинам 5×10-10 Ом·см. Для СВЧ-приборов, имеющих малые номиналы емкости, а значит и малые значения площади контактов, при прямом включении, паразитные сопротивления контактов могут составлять заметную часть сопротивления открытого диода, что в свою очередь, приведет к дополнительным потерям СВЧ-мощности при прохождении сигнала через диод.
+
+
+
Известно техническое решение [2], предложенное сотрудниками американской фирмы М/А-СОМ, INC в патенте WO 03/094245. Прототип выполнен на полуизолирующей подложке арсенида галлия и содержит слой n-типа проводимости арсенида галлия, выращенный на подложке. Кроме того, диод содержит слой арсенида галлия i-типа проводимости, а также содержит слой твердого раствора AlGaAs, лежащего на поверхности слоя i-типа, содержит два металлических электрода, один из которых выполнен на поверхности слоя p-типа проводимости, а второй на поверхности слоя n-типа проводимости, выступающего за пределы слоя i-типа.
-6
-5
2
Недостатком известной конструкции является наличие металлического электрода непосредственно на поверхности слоя твердого раствора. Металлический контакт на слое твердого раствора предназначен для формирования омического контакта к этому слою. Известно, что формирование омического контакта на поверхности слоя твердого раствора, содержащего алюминий, является не простой технологической задачей, при этом типичные значения контактного сопротивления, которые обычно получают на твердом растворе, соответствуют величинам 5×10-10 Ом·см. Для СВЧ-приборов, имеющих малые номиналы емкости, а значит и малые значения площади контактов, при прямом включении, паразитные сопротивления контактов могут составлять заметную часть прямого сопротивления потерь, что в свою очередь, приведет к дополнительным потерям СВЧ-мощности при прохождении сигнала через диод.
Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в устранении указанного недостатка.
+
+
+
Этот результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции диода между слоем твердого раствора p-типа проводимости и металлическим электродом введен дополнительный слой арсенида галлия p-типа проводимости. Омический контакт к слою арсенида галлия p-типа проводимости имеет контактное сопротивление на порядок меньшее, чем на слое твердого раствора AlGaAs, что позволяет существенно уменьшить паразитное сопротивление контактов при прямом включении гетероструктурного СВЧ pin-диода, а, следовательно, и прямое сопротивление потерь диода.
+
+
+
+
+
На фиг.1 схематично представлена одна из возможных конструкций предлагаемого СВЧ pin-диода. Диод выполнен на полуизолирующей подложке арсенида галлия 1. На подложке 1 создан слой арсенида галлия n-типа проводимости 2. На слое 2 сформирован слой арсенида галлия i-типа проводимости 3. На поверхности слоя 3 создан слой твердого раствора AlGaAs p-типа проводимости 4. И, наконец, на слое твердого раствора 4 создан дополнительно слой арсенида галлия p-типа проводимости 5. На выступающих за пределы слоя 3 частях слоя 2 создан металлический электрод 6, дающий омический контакт к слою 2. А на поверхности слоя арсенида галлия p-типа проводимости создан другой металлический электрод 7, который осуществляет омический контакт к слою p-типа проводимости 5.
+
+
+
Пример практического исполнения. Гетероструктурный СВЧ pin-диод создавался на эпитаксиальной структуре, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии. В качестве подложки 1 использовалась пластина полуизолирующего арсенида галлия. На подложке 1 были выращены эпитаксиальные слои в следующей последовательности: слой арсенида галлия n-типа проводимости 2, слой арсенида галлия i-типа проводимости 3, слой твердого раствора AlGaAs p-типа проводимости 4, и слой арсенида галлия p-типа проводимости 5 толщиной 0,2 мкм. С помощью стандартных технологических операций, включающих процессы фотолитографии, напыления металлов и процессов химического травления изготавливался диод.
+
Для формирования омического контакта к слою арсенида галлия p-типа проводимости 5 использовали систему металлов AuZn/Au, которую отжигали при температуре 430°C. Таким образом, получали электрод 7. Для формирования омического контакта электрода 6 использовалась стандартная система металлов AuGe/Ni/Au.
пр.
пр.
Был изготовлен СВЧ pin-диод предлагаемой конструкции. Емкость диода при нулевом смещении равнялась 30 фФ. Измерялось прямое сопротивление потерь диода при включении диода в разрыв 50-омной линии (при смещении в прямом направлении). В диапазоне частот от 0.1 до 40 ГГц прямое сопротивление потерь составило r≈4.1 Ом (включая и паразитное сопротивление контактов). Одновременно изготавливался pin-диод с конструкцией прототипа. Диод известной конструкции также имел емкость при нулевом смещении 30 фФ, в то время как прямое сопротивление потерь в известном диоде было больше и равнялось r≈5 Ом. Таким образом, показано, что в предлагаемой конструкции прямое сопротивление потерь меньше, а значит, поставленная цель достигнута.
Источники информации.
1. Heterojunction PIN diode switch / D.Hoag, J.Brogle, T.Boles, D.Curcio, and D.Russell // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. - 2003. - vol.1. - pp.255-258.
2. Hoag D.R., Boles Т.Е., Brogle J.J. // Int. Patent WO 03/094245 "Heterojunction p-i-n diode and method of making the same. - 2003.