High Breakdown Voltage GaN Schottky Diodes for THz Frequency Multipliers

Creators: Di Gioia, G.; Frayssinet, E.; Samnouni, M.; Chinni, V.; Mondal, P.; Treuttel, J.; Wallart, X.; Zegaoui, M.; Ducournau, G.; Roelens, Yannick; Cordier, Y.; Zaknoune, Mohamed

Others:: Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL); Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN) ; Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL); Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA); EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN) ; Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL); Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA) ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP) ; Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres (LERMA) ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY); Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF); Acknowledgments This work was supported by the French ANR (Agence Nationale de la Recherche), under the CE24 'SchoGAN' project. This work was also supported by the CPER "Photonics for Society", the CPER "WAVETECH", and the Hauts de France Regional Council and the French Network RENATECH; RENATECH network; ANR-17-CE24-0034,SchoGaN,Diodes Schottky GaN pour la génération de signaux THz(2017)

Description

AbstractQuasi-vertical gallium nitride (GaN) Schottky diodes on silicon carbide (SiC) substrates were fabricated for frequency multiplier applications. The epitaxial structure employed had an n− layer of 590 nm with doping 6.6 × 1016 cm−3, while the n+ layer was 950 nm thick, with doping 2 × 1019 cm−3. Potassium hydroxide (KOH) chemical surface treatment before Schottky contact metallization was employed to study its effect in improving the diode parameters. The KOH-treated diode demonstrated a breakdown voltage of − 27.5 V, which is the highest reported for this type of diode. Cut-off frequencies around 500 GHz were obtained at high reverse bias (− 25 V) in spite of high series resistance. The result obtained in breakdown voltage value warrants further research in surface treatment and post-annealing of the Schottky contact optimization in order to decrease the series resistance.

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High Breakdown Voltage GaN Schottky Diodes for THz Frequency Multipliers

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