InP衬底AlAs/InGaAs共振隧穿二极管的设计与研制

摘要

共振隧穿二极管〔RTD〕是一种新型的基于量子共振隧穿效应的两端高速器件，已经在多态存贮、A/D 转换、多值逻辑、分频、倍频等方面得到了广泛的应用。RTD 器件的快速发展和良好的应用前景，使得对RTD 的研究工作显得越来越迫切。 本论文主要研究了具有优良性能的InP 材料体系共振隧穿二极管（RTD），通过对结构材料制备和器件制作工艺的改进，成功研制出了国内首例InP 基AlAs /In0.53Ga0.47As RTD。 首先，根据共振隧穿二极管的基本原理和InP 基材料体系的相关特性，提出了AlAs/In0.53Ga0.47As/AlAs 两垒一阱的RTD 材料结构，用带隙较宽的AlAs 作势垒能够有效的减小散射对电流的影响，提高峰谷电流比（PVCR），同时In0.53Ga0.47As 可以与InP 衬底完全匹配，从而有效提高外延层的生长质量。材料结构制备使用分子束外延工艺，通过大量的生长试验优化外延条件，确定了较佳的生长温度和生长速率。然后，选择InP（001）半绝缘衬底，进行外延生长，在异质界面处采用间断生长的外延工艺，有效地提高了异质界面的界面质量。生长过程中，通过反射高能电子衍射仪（RHEED）实时观测表面生长状况，对外延条件做出细微调整。用X 射线双晶衍射仪和PL 谱测试仪对RTD 外延片结构进行测试，测试结果与设计相吻合。RTD 器件制作选用台面结构，发射极和集电极用AuGeNi 做欧姆接触，内引线蒸发TiPtAu。最后，对制作的RTD 进行直流参数测试，测得器件室温下的峰谷电流比（PVCR）为7.4，峰值电流密度（Jp）为1.06×105A/cm2。