CN108428763B - 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 - Google Patents
一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108428763B CN108428763B CN201810348654.1A CN201810348654A CN108428763B CN 108428763 B CN108428763 B CN 108428763B CN 201810348654 A CN201810348654 A CN 201810348654A CN 108428763 B CN108428763 B CN 108428763B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- short period
- ultra
- period superlattice
- superlattice strain
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 67
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 67
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 25
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 11
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical group [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 10
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 10
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 3
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 abstract description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器及其制备方法,利用外延于同一衬底上的两组完全应变超短周期超晶格结构完成紫外双波长的窄线宽探测,不仅极大地简化了双波段探测器件材料结构、生长过程及制备工艺,而且通过精确选择、高度集成,为多波长集成的彩色成像提供基础。本发明通过调控单周期超晶格的阱分子、垒分子层数,使二者达到共格界面附近力平衡状态并处于完全应变;设计生长两组完全应变的超短周期超晶格,可实现针对紫外光信号的双波长探测。本发明通过在外延衬底同一晶向生长不同阱垒比的多组超短周期超晶格,使多个带隙处于预设波长范围,可获得窄线宽的更多波长紫外探测,从而为集成多波长的彩色成像探测提供前提。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件技术领域,更具体地说,涉及一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器,以及应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法。
背景技术
紫外探测技术作为军民两用的探测技术,在导弹制导与预警、航空航天跟踪与控制、紫外非视线光通信,以及生化医疗检测和分析等领域有着广泛的应用需求。近年来,随着紫外探测材料质量与器件性能的不断提升,人们期待性能更佳、功能更强的紫外光电探测器,以获取更丰富的目标信息。因此,现有技术的单波段紫外探测器件的功能需要拓展,如何通过精确选择、高度集成、灵敏探测多波长光信息,进一步丰富紫外区域的“色彩”,将黑白成像指引向彩色成像,已成为紫外光电探测技术中极具挑战性的前沿研究热点。
然而,当前发展双波长乃至多波长的紫外光电探测器并没有较完备的制备技术,如中国发明专利申请200510025439.0公开了一种紫外双波段氮化镓探测器,通过电介质材料构成反射镜可实现针对250-300nm和320-365nm波段的紫外探测。但两个吸收波段的结构分别外延在衬底的正面和背面,所涉及材料生长、制备工艺及光路***都较复杂,且波长间距不够精确,不具备彩色成像的潜力,极大地限制了器件的性能与应用。
中国发明专利申请201710037368.9公开了包括探测器模块、多波段滤光片等构成的一种集成光纤的多光谱红外成像探测器,能够满足高精度、窄间距的成像探测需求。但该多波段***相当于多个子模块的集成,随着所探测波长范围的增加,器件体积规模相应增大,使得子模块间的精准拼接难度增大。
因此,发展双波长乃至多波长集成的紫外探测器件势在必行,尤其是从材料结构设计角度出发,开发可适应精确选择波长的多波长探测结构,对提升紫外光电探测水平具有重要的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器及其制备方法,不仅极大地简化了双波段探测器件的材料结构、生长过程及制备工艺,而且通过精确选择、高度集成,为多波长集成的彩色成像提供基础。
本发明的技术方案如下:
一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器,自下而上包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格应变层,以及金属叉指电极;
在下的超短周期超晶格应变层的阱宽大于在上的超短周期超晶格应变层的阱宽,以使从上方入射的紫外光优先被在上的超短周期超晶格应变层选择性吸收,其余光子穿透至在下的超短周期超晶格应变层表面附近被吸收,从而实现针对若干个波段紫外光信号的选择性探测,形成多波长集成的彩色成像探测。
作为优选,金属叉指电极设置于最上层的超短周期超晶格应变层的上表面,作为所有超短周期超晶格应变层的共用电极;
或者,金属叉指电极分别独立设置于每个超短周期超晶格应变层的上表面,将各自表面附近吸收产生的光生载流子转换为光电流。
作为优选,包括在下的第一超短周期超晶格应变层、在上的第二超短周期超晶格应变层,共两组超短周期超晶格应变层;
当金属叉指电极设置于第二超短周期超晶格应变层的上表面,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~50个;
当金属叉指电极分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层、第二超短周期超晶格应变层的上表面,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~200个。
作为优选,衬底为同质衬底或异质衬底。
作为优选,当衬底为同质衬底时,为氮化镓或氮化铝单晶;当衬底为异质衬底,为蓝宝石或碳化硅。
作为优选,超短周期超晶格应变层由氮化镓单分子层与氮化铝单分子层交替生长形成第I类超晶格。
作为优选,超短周期超晶格应变层的阱层或垒层采用铝镓氮混晶进行部分替代。
作为优选,单个周期氮化镓阱层宽度大于等于1个原子层且小于等于10个原子层;单个周期垒层氮化铝厚度大于等于4个原子层且小于等于10个原子层。
一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,步骤如下:
1)生长缓冲层、超短周期超晶格应变层,具体为:
1.1)运用金属有机物气相外延技术,用H2吹扫蓝宝石衬底,去除表面沾污;预通TMA以形成富Al表面;降温后,用H2作载气,将NH3通入反应室,进行衬底氮化;
1.2)升温后,通入TMA和NH3生长得到AlN低温缓冲层,再提高温度,在以步骤1.1)更低的压强下于蓝宝石衬底面上生长得到AlN缓冲层;
1.3)在步骤1.2)得到的AlN缓冲层上继续逐层生长超短周期超晶格应变层;生长超短周期超晶格应变层的过程中,以TMG、TMA作为III族源,NH3作为V族源;超短周期超晶格应变层采用GaN/AlN结构,通过改变单个循环GaN阱层的生长速率,调控单组超短周期超晶格应变层的阱宽;
当包括在下的第一超短周期超晶格应变层、在上的第二超短周期超晶格应变层,共两组超短周期超晶格应变层,并且金属叉指电极设置于第二超短周期超晶格应变层的上表面时,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~50个;
2)制备金属叉指电极,具体为:
2.1)使用有机丙酮溶剂、乙醇和高纯度去离子水依次超声清洗;然后用王水煮沸浸泡,去除表面氧化层;再用去离子水冲洗,进一步去除表面残余有机物并用氮气吹干表面;
2.2)采用光刻工艺,进行反转烘和泛曝实现图形反转,显影后形成目标图形;
2.3)在真空的电子束蒸发***中,依次沉积Ti/Au复合金属层,然后用丙酮溶液去除光刻胶,剥离沉积其上的金属,保留沉积在叉指电极中的金属,最后在氮气氛围下进行热退火,形成肖特基接触的金属叉指电极。
作为优选,当金属叉指电极分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层、第二超短周期超晶格应变层的上表面时,步骤1.3)中,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~200个;
2)制备金属叉指电极,具体为:
2.1)去除外延材料表面的沾污、氧化层;
2.2)利用电感耦合等离子体技术刻蚀台面,通过掩膜遮挡完整外延材料的部分区域,设定刻蚀速率和时间,将未掩膜区域蚀刻一定深度,露出第一超短周期超晶格应变层台面;
2.3)分别进行金属叉指电极的制作,并将金属叉指电极分别设置在第一超短周期超晶格应变层和第二超短周期超晶格应变层上。
本发明的有益效果如下:
本发明所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器及其制备方法,利用外延于同一衬底上的两组完全应变超短周期超晶格结构完成紫外双波长的窄线宽探测,不仅极大地简化了双波段探测器件材料结构、生长过程及制备工艺,而且通过精确选择、高度集成,为多波长集成的彩色成像提供基础。
本发明通过调控单周期超晶格的阱分子、垒分子层数,使二者达到共格界面附近力平衡状态并处于完全应变;设计生长两组完全应变的超短周期超晶格,可实现针对紫外光信号的双波长探测。
本发明采用集成一体式双波长探测,无论是结构设计、外延生长,还是工艺制备,相较于现有技术的双波段探测制备技术更加简便,尤其是简化了协同窄带滤波片工作的光路***,因此器件体积较小、集成度高,为实际应用提供了可能。
本发明不仅局限于双波长探测,通过在外延衬底同一晶向生长不同阱垒比的多组超短周期超晶格(GaN)m1/(AlN)n1、(GaN)m2/(AlN)n2······(GaN)mx/(AlN)ny,使多个带隙处于预设波长范围,可获得窄线宽的更多波长紫外探测,从而为集成多波长的彩色成像探测提供前提。
附图说明
图1是本发明的光电探测器的剖视图;
图2是整体平面型MSM金属叉指电极的光电探测器的结构示意图;
图3是多组独立的平面型MSM金属叉指电极的光电探测器的结构示意图;
图4是双波长MSM光电探测器的阴极荧光光谱示意图;
图中:1是第一超短周期超晶格应变层,2是第二超短周期超晶格应变层,3是缓冲层,4是衬底,5是金属叉指电极。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术存在的结构复杂、生产工艺繁琐、精度不高等不足,提供一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器及其制备方法,利用外延于同一衬底4上的两组完全应变超短周期超晶格结构完成紫外双波长的窄线宽探测,不仅极大地简化了双波段探测器件材料结构、生长过程及制备工艺,而且通过精确选择、高度集成,为多波长集成的彩色成像提供基础。
如图1、图2、图3所示,应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其结构自下而上包括衬底4、缓冲层3、至少两组超短周期超晶格应变层,以及金属叉指电极5;
在下的超短周期超晶格应变层的阱宽大于在上的超短周期超晶格应变层的阱宽,以使从上方入射的紫外光优先被在上的超短周期超晶格应变层选择性吸收,其余光子穿透至在下的超短周期超晶格应变层表面附近被吸收,从而实现针对若干个波段紫外光信号的选择性探测,形成多波长集成的彩色成像探测。
本发明所述的探测器可以实施为整体平面型MSM金属叉指电极5与多组独立的平面型MSM金属叉指电极5两种类别的结构。
对于整体平面型MSM金属叉指电极5,金属叉指电极5设置于最上层的超短周期超晶格应变层的上表面,作为所有超短周期超晶格应变层的共用电极;
对于多组独立的平面型MSM金属叉指电极5,金属叉指电极5分别独立设置于每个超短周期超晶格应变层的上表面,将各自表面附近吸收产生的光生载流子转换为光电流。
本发明中,将两组甚至多组超短周期超晶格应变层叠加,可形成多波长集成的彩色成像探测。而本实施例中,包括在下的第一超短周期超晶格应变层1、在上的第二超短周期超晶格应变层2,共两组超短周期超晶格应变层;利用ICP刻蚀技术使第一超短周期超晶格应变层1有一部分外露区域,并将金属叉指电极5设置于上述外露区域之上;另一组金属叉指电极5设置于第二超短周期超晶格应变层2之上,实现紫外双波长的分别探测。
当金属叉指电极5设置于第二超短周期超晶格应变层2的上表面,第二超短周期超晶格应变层2的生长周期为20~50个;当金属叉指电极5分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层1、第二超短周期超晶格应变层2的上表面,第二超短周期超晶格应变层2的生长周期为20~200个。
本发明所述的衬底4为同质衬底4或异质衬底4。本实施例中,当衬底4为同质衬底4时,为氮化镓或氮化铝单晶;当衬底4为异质衬底4,为蓝宝石或碳化硅。
本发明中,所述的超短周期超晶格应变层由氮化镓单分子层与氮化铝单分子层交替生长形成第I类超晶格。单个周期氮化镓阱层宽度大于等于1个原子层且小于等于10个原子层;单个周期垒层氮化铝厚度大于等于4个原子层且小于等于10个原子层。通过改变阱垒比例,可实现在230nm-280nm波长范围内的双波长吸收探测。
本实施例中,衬底4为蓝宝石异质衬底4,缓冲层3为AlN体材料;各个超短周期超晶格应变层为若干周期不同阱垒比的GaN/AlN结构。如第一超短周期超晶格应变层1、第二超短周期超晶格应变层2为交替生长的超短周期超晶格(GaN)m1/(AlN)n1、(GaN)m2/(AlN)n2材料。控制第一超短周期超晶格应变层1的阱宽m1大于第二超短周期超晶格应变层2的阱宽m2(当AlN垒厚保持相同时);当包含多波长的复合紫外光从本发明上方入射时,以确保入射的部分紫外光子优先地被第二超短周期超晶格应变层2选择性吸收,其余光子再穿透第二超短周期超晶格应变层2到达第一超短周期超晶格应变层1表面附近,并被跃迁能量较低的载流子选择性吸收。由于超短周期超晶格应变层的阱和垒保持完全应变状态,通过改变第一超短周期超晶格应变层1、第二超短周期超晶格应变层2各自的吸收波长,从而实现针对两个波段紫外光信号的分别探测,可达到双波长探测的目标。
作为另一种实施方案,超短周期超晶格应变层的阱层或垒层采用铝镓氮混晶进行部分替代。
本发明还提供一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,针对整体平面型MSM金属叉指电极5与多组独立的平面型MSM金属叉指电极5,提供了两种不同的制备方法实施例。
实施例1
整体平面型MSM金属叉指电极5的应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,步骤如下:
1)生长缓冲层3、超短周期超晶格应变层,具体为:
1.1)运用金属有机物气相外延技术,在1100℃高温和100Torr反应室压强下,用H2吹扫蓝宝石衬底4,去除表面沾污;预通TMA以形成富Al表面;随后降温至570℃,用高纯度H2作载气,将NH3通入反应室,进行衬底4氮化;
1.2)回升温度至800℃,通入TMA和NH3生长厚度约20nm的AlN低温缓冲层3,再提高温度至1090℃,在75Torr低压下于蓝宝石衬底4面上生长厚度约1μm的AlN缓冲层3;
1.3)在步骤1.2)得到的AlN缓冲层3上继续逐层生长超短周期超晶格应变层;生长超短周期超晶格应变层的过程中,以三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)作为III族源,NH3作为V族源;超短周期超晶格应变层采用GaN/AlN结构,通过改变单个循环GaN阱层的生长速率,调控各组超短周期超晶格应变层的阱宽;
当包括在下的第一超短周期超晶格应变层1、在上的第二超短周期超晶格应变层2,共两组超短周期超晶格应变层,并且金属叉指电极5设置于第二超短周期超晶格应变层2的上表面时,调控第一超短周期超晶格应变层1和第二超短周期超晶格应变层2的阱宽分别为2和4个原子层厚度;第一超短周期超晶格应变层1的周期数控制为200个,基于对MSM结构仅对表面附近光生载流子进行收集的特点,保持第二超短周期超晶格应变层2的生长周期为20~50个;
2)制备整体平面型MSM金属叉指电极5,具体为:
2.1)使用有机丙酮溶剂、乙醇和高纯度去离子水依次超声清洗10min;然后用王水煮沸浸泡,去除表面氧化层;再用去离子水冲洗,进一步去除表面残余有机物并用氮气吹干表面;
2.2)采用包括涂胶、甩胶、前烘、对准和曝光等标准光刻工艺,进行反转烘和泛曝实现图形反转,显影后形成目标图形;
2.3)在真空度为10-5Torr的电子束蒸发***中,依次沉积厚度为10nm和200nm的Ti/Au复合金属层,其中Ti用以提高Au薄膜与基片表面附着力,避免其脱落;然后用丙酮溶液去除光刻胶,剥离沉积其上的金属,保留沉积在叉指电极中的金属,最后在氮气氛围下400℃热退火5min,得到与基底肖特基接触的金属叉指电极5。制备得到的金属叉指电极5为第一超短周期超晶格应变层1和第二超短周期超晶格应变层2的共用电极。
如图4所示,本发明的第一超短周期超晶格应变层1和第二超短周期超晶格应变层2可同时实现针对波长为243nm和261nm附近的深紫外光信号的同时探测。
实施例2
两组独立的平面型MSM金属叉指电极5的应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,步骤如下:
步骤1)材料结构与实施例1基本相同,主要区别在于,当金属叉指电极5分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层1、第二超短周期超晶格应变层2的上表面时,步骤1.3)中,第二超短周期超晶格应变层2的生长周期为20~200个;
2)制备两组独立的平面型MSM金属叉指电极5,具体为:
2.1)使用与实施例1相同的化学清洗步骤,彻底去除外延材料表面的沾污、氧化层;
2.2)利用电感耦合等离子体(ICP)技术刻蚀台面,通过掩膜遮挡完整外延材料的部分区域,设定刻蚀速率和时间,将未掩膜区域蚀刻一定深度,露出第一超短周期超晶格应变层1台面;
2.3)再通过标准光刻工艺结合掩膜、蒸发及退火工艺,分别进行金属叉指电极5的制作,并将金属叉指电极5分别设置在第一超短周期超晶格应变层1和第二超短周期超晶格应变层2上。
2.4)再通过金属互连将二者集成,至此,完成分别针对紫外双波长信号识辨的光电探测器制备。
上述实施例仅是用来说明本发明,而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质,对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,自下而上包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格应变层,以及金属叉指电极;
在下的超短周期超晶格应变层的阱宽大于在上的超短周期超晶格应变层的阱宽,以使从上方入射的紫外光优先被在上的超短周期超晶格应变层选择性吸收,其余光子穿透至在下的超短周期超晶格应变层表面附近被吸收,从而实现针对若干个波段紫外光信号的选择性探测,形成多波长集成的彩色成像探测;
若包括在下的第一超短周期超晶格应变层、在上的第二超短周期超晶格应变层,共两组超短周期超晶格应变层时,当金属叉指电极设置于第二超短周期超晶格应变层的上表面,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~50个;当金属叉指电极分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层、第二超短周期超晶格应变层的上表面,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~200个。
2.根据权利要求1所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,金属叉指电极设置于最上层的超短周期超晶格应变层的上表面,作为所有超短周期超晶格应变层的共用电极;
或者,金属叉指电极分别独立设置于每个超短周期超晶格应变层的上表面,将各自表面附近吸收产生的光生载流子转换为光电流。
3.根据权利要求1或2所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,衬底为同质衬底或异质衬底。
4.根据权利要求3所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,当衬底为同质衬底时,为氮化镓或氮化铝单晶;当衬底为异质衬底,为蓝宝石或碳化硅。
5.根据权利要求1或2所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,超短周期超晶格应变层由氮化镓单分子层与氮化铝单分子层交替生长形成第I类超晶格。
6.根据权利要求5所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,超短周期超晶格应变层的阱层或垒层采用铝镓氮混晶进行部分替代。
7.根据权利要求5所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器,其特征在于,单个周期氮化镓阱层宽度大于等于1个原子层且小于等于10个原子层;单个周期垒层氮化铝厚度大于等于4个原子层且小于等于10个原子层。
8.一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,其特征在于,步骤如下:
1)生长缓冲层、超短周期超晶格应变层,具体为:
1.1)运用金属有机物气相外延技术,用H2吹扫蓝宝石衬底,去除表面沾污;预通TMA以形成富Al表面;降温后,用H2作载气,将NH3通入反应室,进行衬底氮化;
1.2)升温后,通入TMA和NH3生长得到AlN低温缓冲层,再提高温度,在以步骤1.1)更低的压强下于蓝宝石衬底面上生长得到AlN缓冲层;
1.3)在步骤1.2)得到的AlN缓冲层上继续逐层生长超短周期超晶格应变层;生长超短周期超晶格应变层的过程中,以TMG、TMA作为III族源,NH3作为V族源;超短周期超晶格应变层采用GaN/AlN结构,通过改变单个循环GaN阱层的生长速率,调控各组超短周期超晶格应变层的阱宽;在下的超短周期超晶格应变层的阱宽大于在上的超短周期超晶格应变层的阱宽;
当包括在下的第一超短周期超晶格应变层、在上的第二超短周期超晶格应变层,共两组超短周期超晶格应变层,并且金属叉指电极设置于第二超短周期超晶格应变层的上表面时,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~50个;
2)制备金属叉指电极,具体为:
2.1)使用有机丙酮溶剂、乙醇和高纯度去离子水依次超声清洗;然后用王水煮沸浸泡,去除表面氧化层;再用去离子水冲洗,进一步去除表面残余有机物并用氮气吹干表面;
2.2)采用光刻工艺,进行反转烘和泛曝实现图形反转,显影后形成目标图形;
2.3)在真空的电子束蒸发***中,依次沉积Ti/Au复合金属层,然后用丙酮溶液去除光刻胶,剥离沉积其上的金属,保留沉积在叉指电极中的金属,最后在氮气氛围下进行热退火,形成与基底肖特基接触的金属叉指电极。
9.根据权利要求8所述的应力调控紫外多波长MSM光电探测器的制备方法,其特征在于,当金属叉指电极分别独立设置于第一超短周期超晶格应变层、第二超短周期超晶格应变层的上表面时,步骤1.3)中,第二超短周期超晶格应变层的生长周期为20~200个;
2)制备金属叉指电极,具体为:
2.1)去除外延材料表面的沾污、氧化层;
2.2)利用电感耦合等离子体技术刻蚀台面,通过掩膜遮挡完整外延材料的部分区域,设定刻蚀速率和时间,将未掩膜区域蚀刻一定深度,露出第一超短周期超晶格应变层台面;
2.3)分别进行金属叉指电极的制作,并将金属叉指电极分别设置在第一超短周期超晶格应变层和第二超短周期超晶格应变层上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810348654.1A CN108428763B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810348654.1A CN108428763B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108428763A CN108428763A (zh) | 2018-08-21 |
CN108428763B true CN108428763B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=63161266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810348654.1A Active CN108428763B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108428763B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112186052A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-05 | 厦门大学 | 一种深紫外多波长msm窄带光电探测器及其制备方法 |
CN116897431A (zh) | 2021-03-18 | 2023-10-17 | 苏州晶湛半导体有限公司 | 感光单元及其GaN基图像传感器、显示装置 |
CN116581190B (zh) * | 2023-07-13 | 2023-09-26 | 太原国科半导体光电研究院有限公司 | 一种超晶格阵列红外探测器芯片和制备方法 |
CN117452651B (zh) * | 2023-12-26 | 2024-04-02 | 厦门大学 | 一种晶面结构观测仪及其观测方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5525828A (en) * | 1991-10-31 | 1996-06-11 | International Business Machines Corporation | High speed silicon-based lateral junction photodetectors having recessed electrodes and thick oxide to reduce fringing fields |
US5608230A (en) * | 1992-12-21 | 1997-03-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Strained superlattice semiconductor photodetector having a side contact structure |
CN101075647A (zh) * | 2007-06-04 | 2007-11-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 |
CN103474503A (zh) * | 2013-09-30 | 2013-12-25 | 厦门大学 | 一种基于二维晶格的紫外单波长msm光电探测器 |
CN208062084U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-11-06 | 厦门大学 | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200723624A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-16 | Univ Nat Chiao Tung | Process of producing group III nitride based reflectors |
WO2008143727A2 (en) * | 2007-02-27 | 2008-11-27 | The Regents Of The University Of California | Nanowire photodetector and image sensor with internal gain |
US10147848B2 (en) * | 2015-10-01 | 2018-12-04 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Contact configuration for optoelectronic device |
-
2018
- 2018-04-18 CN CN201810348654.1A patent/CN108428763B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5525828A (en) * | 1991-10-31 | 1996-06-11 | International Business Machines Corporation | High speed silicon-based lateral junction photodetectors having recessed electrodes and thick oxide to reduce fringing fields |
US5608230A (en) * | 1992-12-21 | 1997-03-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Strained superlattice semiconductor photodetector having a side contact structure |
CN101075647A (zh) * | 2007-06-04 | 2007-11-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 |
CN103474503A (zh) * | 2013-09-30 | 2013-12-25 | 厦门大学 | 一种基于二维晶格的紫外单波长msm光电探测器 |
CN208062084U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-11-06 | 厦门大学 | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GaAs基短周期InAs/GaSb超晶格红外探测器研究;郭杰;彭震宇;鲁正雄;孙维国;郝瑞亭;周志强;许应强;牛智川;;红外与毫米波学报;20090615(第03期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108428763A (zh) | 2018-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108428763B (zh) | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器及其制备方法 | |
JP5417694B2 (ja) | 半導体素子およびエピタキシャルウエハの製造方法 | |
CN107615495B (zh) | 光接收元件和光学集成电路 | |
JP2009010175A (ja) | 受光素子およびその製造方法 | |
CN106784123A (zh) | 单行载流子光电探测器及其制作方法 | |
US9490318B2 (en) | Three dimensional strained semiconductors | |
CN111566819B (zh) | 锗修饰的背侧照明的光学传感器 | |
TW201234418A (en) | Methods for monitoring growth of semiconductor layers | |
JP2016129225A (ja) | 半導体受光装置、半導体受光素子 | |
CN104733561A (zh) | 一种新型氮化物量子阱红外探测器及其制备方法 | |
CN112382688A (zh) | 基于柔性的氧化镓/氮化镓结构的光电探测器及制备方法 | |
JP2019036706A (ja) | 二次元電子デバイスおよび関連する製造方法 | |
CN109712998A (zh) | 具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列 | |
CN208062084U (zh) | 一种应力调控紫外多波长msm光电探测器 | |
US20180358182A1 (en) | Method for producing a layer with perovskite material | |
CN106684198B (zh) | 基于亚波长光栅的谐振增强型紫外光探测器及制备方法 | |
CN109659398B (zh) | 一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像***的制备方法 | |
CN108470793B (zh) | 紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器 | |
CN112186052A (zh) | 一种深紫外多波长msm窄带光电探测器及其制备方法 | |
KR20120069127A (ko) | 아발란치 포토다이오드의 제조방법 | |
CN102280516A (zh) | 半导体受光元件 | |
Dupuis et al. | Growth and fabrication of high-performance GaN-based ultraviolet avalanche photodiodes | |
WO2024139360A1 (zh) | 单晶钙钛矿电池的制备方法及其制备的单晶钙钛矿电池 | |
CN102782879A (zh) | 光接收元件、光学传感器装置以及用于制造光接收元件的方法 | |
CN109638024A (zh) | 一种可见光短波段硅基雪崩光电二极管阵列及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |