基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器的製作方法
2023-05-16 20:45:06 1
專利名稱：基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件技術領域，特別是一種基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙 色探測器。
背景技術：
近年來，三族氮化物材料(GaN、A1N、InN, AlGaN, InGaN)由於其禁帶寬度大、光譜 範圍可調並可以覆蓋從紫外光到紅外光全波段，以及高溫高輻射耐受性好等突出的優點， 在光電子和微電子領域中得到廣泛的應用，被稱為第三代半導體。基於氮化鎵材料的紫外 探測器與矽材料紫外探測器相比，具有可見光盲、量子效率高、可以工作在高溫及苛刻環境 中等無法替代的優勢，在飛彈預警、火箭羽煙探測、飛行器制導、紫外通信、宇宙飛船、火焰 燃燒監視、火災監測等軍用、民用領域的應用中，靈敏度更高，抗幹擾能力更強，虛警率更 低，受到研究及實用領域的極大關注。目前，國際上對基於氮化鎵材料的紫外探測器的研究已經取得了很多重大成果， 研製成功了各種結構的探測器單元器件和焦平面陣列，並獲得了很高的響應度。但是這些 探測器的探測波段固定不變，只能探測到某一特定波段的紫外光，對該波段以外的紫外光 沒有響應，這就減小了探測器的應用範圍，降低了探測器的使用效率，限制了基於氮化鎵材 料的紫外探測器的進一步發展和應用。
發明內容
本發明的目的在於提出一種新型結構的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器及 其製作方法。這種探測器的特點在於開創性地利用p-i-n結構探測器中的P型層作為 Schottky結構探測器的吸收層，與單色探測器相比不增加任何材料和工藝步驟，就可以在 一個器件中集成兩個響應波段不同的、方向相反的探測器，形成探測波段可變的紫外雙色 探測器。該器件結構非常簡單、製作方便，並且探測波段可變，能夠分別探測到兩個不同波 段的紫外光。本發明提供一種基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器，包括一襯底；— N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層製作在襯底上；一 I型有源層，該I型有源層製作在N型歐姆接觸層上面的中間，該I型有源層的 面積小於N型歐姆接觸層的面積，使N型歐姆接觸層的兩側各形成一臺面；一 P型有源層，該P型有源層製作在I型有源層上；兩N型歐姆電極，該兩N型歐姆電極分別製作在N型歐姆接觸層上面兩側的臺面 上；一肖特基電極，該肖特基電極製作在P型有源層上。其中所述的襯底為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料。其中N型歐姆接觸層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於或等於 IX IO18cnT3。其中I型有源層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於或等於 IXio1W3O其中P型有源層為Al組分在0-100 %之間、並且與I型有源層中的Al組分不同的 鋁鎵氮材料，其空穴濃度大於或等於lX1017cnT3。其中N型歐姆電極為點狀結構或環形結構。其中肖特基電極的面積小於P型有源層的面積。本發明提供一種基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，包括如下步驟步驟1 在襯底上利用外延生長設備依次生長N型歐姆接觸層、I型有源層和P型 有源層；步驟2 刻蝕，將P型有源層和I型有源層的兩側刻蝕掉，刻蝕深度到N型歐姆接 觸層的表面，使N型歐姆接觸層的兩側各形成一臺面；步驟3 在P型層上製作肖特基電極；步驟4 在N型歐姆接觸層兩側的檯面上分別製作N型歐姆電極；步驟5:將襯底背面減薄，進行管芯分割，最後封裝在管殼上，完成製作基於氮化 鎵材料的紫外雙色探測器。其中所述的襯底為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料。其中N型歐姆接觸層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於或 等於 IX IO18cnT3。其中I型有源層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於或等於 IXio1W3O其中P型有源層為Al組分在0-100 %之間、並且與I型有源層中的Al組分不同的 鋁鎵氮材料，其空穴濃度大於或等於lX1017cnT3。其中N型歐姆電極為點狀結構或環形結構。其中肖特基電極的面積小於P型有源層的面積。
為了進一步說明本發明的內容，下面結合具體實例和詳細附圖如後，其中圖1為本發明提出的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器器件結構示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器， 包括一襯底10，該襯底10為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料；一 N型歐姆接觸層11，該N型歐姆接觸層11製作在襯底10上，該N型歐姆接觸層 11為鋁組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於IX 1018cnT3。該N型歐姆接觸 層11與N型歐姆電極14之間經過或未經過高溫熱退火而形成歐姆接觸。該N型歐姆接觸 層11的部分區域可能通過幹法或溼法刻蝕方法刻蝕掉一薄層，成為器件平臺的組成部分。 該N型歐姆接觸層11的厚度可變，介於0. 05-100微米之間，並優選地介於1-4微米之間；該N型歐姆接觸層11中的鋁組分可以與I型有源層12中的鋁組分相同，也可以與I型有 源層12中的鋁組分不同；一 I型有源層12，該I型有源層12製作在N型歐姆接觸層11上面的中間，該I型 有源層12的面積小於N型歐姆接觸層11的面積，使N型歐姆接觸層11的兩側各形成一臺 面；該I型有源層12為鋁組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於IX 1017cm_3。 該I型有源層12的厚度可變，介於0. 05-3微米之間，並優選地介於0. 1-0. 6微米之間。該 I型有源層12中的鋁組分與P型有源層13中的鋁組分不同；一 P型有源層13，該P型有源層13製作在I型有源層12上，該P型有源層13為 Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其空穴濃度大於IX 1017cm_3，該P型有源層13與肖 特基電極15之間經過或未經過高溫熱退火而形成肖特基接觸。該P型有源層13的部分區 域通過幹法或溼法刻蝕方法被完全刻蝕掉，成為器件平臺的組成部分。該P型有源層13的 厚度可變，介於0. 05-3微米之間，並優選地介於0. 1-0. 6微米之間；該P型有源層13中的 鋁組分與I型有源層12中的鋁組分不同；兩N型歐姆電極14，該兩N型歐姆電極14分別製作在N型歐姆接觸層11上兩側 的臺階上，該兩N型歐姆電極14為點狀結構或環形結構，該兩N型歐姆電極14經過或未經 過高溫熱退火，並與N型歐姆接觸層11形成歐姆接觸。該兩N型歐姆電極14為單層或多 層金屬，由Ti、Al、Au、Ni，Ti，Pd，Pt, Mo, Ir等熔點較高的金屬中的一種或多種組成；一肖特基電極15，該肖特基電極15製作在P型有源層13上，該肖特基電極15的 面積小於P型有源層13的面積，該肖特基電極15經過或未經過高溫熱退火，並與P型有源 層13形成肖特基接觸。該肖特基電極13為單層或多層金屬，由Ti、Al、Au、Ni，Ti，Pd，Pt， Mo, Ir等熔點較高的金屬中的一種或多種組成；請再參閱圖1所示，本發明還提供一種基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作 方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟1 在襯底10上利用外延生長設備依次生長N型歐姆接觸層11、I型有源層 12和P型有源層13 ；所述的襯底10為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料；所述的N型歐姆接觸 層11為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於IX IO18CnT3 ；所述的I型有 源層12為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於IX IO17CnT3 ；所述的P型 有源層13為Al組分在0-100%之間、並且與I型有源層12中的Al組分不同的鋁鎵氮材 料，其空穴濃度大於IX 1017cm_3;步驟2 刻蝕，將P型有源層13和I型有源層12兩側刻蝕形成兩獨立臺面，刻蝕 深度至少達到N型歐姆接觸層11的表面，使N型歐姆接觸層11兩側的上表面顯露出來；步驟3 在P型層13上製作肖特基電極15，該肖特基電極15的面積小於P型有源 層13的面積；步驟4 在N型歐姆接觸層11兩側上的臺面處分別製作N型歐姆電極14，該兩N 型歐姆電極14為點狀結構或環形結構；步驟5 將襯底10背面減薄，進行管芯分割，最後封裝在管殼上，完成製作基於氮 化鎵材料的紫外雙色探測器。綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明的保 護範圍當視權利要求所界定的為準。
權利要求
一種基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器，包括一襯底；一N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層製作在襯底上；一I型有源層，該I型有源層製作在N型歐姆接觸層上面的中間，該I型有源層的面積小於N型歐姆接觸層的面積，使N型歐姆接觸層的兩側各形成一臺面；一P型有源層，該P型有源層製作在I型有源層上；兩N型歐姆電極，該兩N型歐姆電極分別製作在N型歐姆接觸層上面兩側的檯面上；一肖特基電極，該肖特基電極製作在P型有源層上。
2.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中所述的襯底為藍寶 石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料。
3.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中N型歐姆接觸層為 Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於或等於lX1018cnT3。
4.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中I型有源層為Al組 分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於或等於IX 1017cnT3。
5.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中P型有源層為Al組 分在0-100 %之間、並且與I型有源層中的Al組分不同的鋁鎵氮材料，其空穴濃度大於或等 於 IX IO17CnT3。
6.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中N型歐姆電極為點 狀結構或環形結構。
7.根據權利要求1所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器，其中肖特基電極的面積 小於P型有源層的面積。
8.一種基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，包括如下步驟步驟1 在襯底上利用外延生長設備依次生長N型歐姆接觸層、I型有源層和P型有源層；步驟2 刻蝕，將P型有源層和I型有源層的兩側刻蝕掉，刻蝕深度到N型歐姆接觸層 的表面，使N型歐姆接觸層的兩側各形成一臺面；步驟3 在P型層上製作肖特基電極；步驟4 在N型歐姆接觸層兩側的檯面上分別製作N型歐姆電極；步驟5 將襯底背面減薄，進行管芯分割，最後封裝在管殼上，完成製作基於氮化鎵材 料的紫外雙色探測器。
9.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中所述的 襯底為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵材料。
10.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中N型歐 姆接觸層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度大於或等於lX1018cnT3。
11.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中I型有 源層為Al組分在0-100%之間的鋁鎵氮材料，其電子濃度小於或等於lX1017cnT3。
12.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中P型有 源層為Al組分在0-100%之間、並且與I型有源層中的Al組分不同的鋁鎵氮材料，其空穴 濃度大於或等於lX1017cm_3。
13.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中N型歐 姆電極為點狀結構或環形結構。
14.根據權利要求8所述的基於氮化鎵材料的紫外雙色探測器的製作方法，其中肖特 基電極的面積小於P型有源層的面積。
全文摘要
一種基於氮化鎵材料的新型結構紫外雙色探測器，包括一襯底；一N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層製作在襯底上；一I型有源層，該I型有源層製作在N型歐姆接觸層上面的中間，該I型有源層的面積小於N型歐姆接觸層的面積，使N型歐姆接觸層的兩側各形成一臺面；一P型有源層，該P型有源層製作在I型有源層上；兩N型歐姆電極，該兩N型歐姆電極分別製作在N型歐姆接觸層上面兩側的檯面上；一肖特基電極，該肖特基電極製作在P型有源層上。
文檔編號H01L31/11GK101901850SQ20091008592
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者劉宗順, 劉文寶, 孫莧, 張書明, 張爽, 朱建軍, 楊輝, 段俐宏, 王輝, 趙德剛 申請人:中國科學院半導體研究所