CN1681134A - 氮化镓基肖特基结构紫外探测器及制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中包括：一衬底；一欧姆接触层，该欧姆接触层制作在衬底上；一有源层，该有源层制作在欧姆接触层的上面，该有源层的面积小于欧姆接触层；一覆盖层，该覆盖层制作在有源层上；一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上；一肖特基电极，该肖特基电极制作在覆盖层上。

Description

氮化镓基肖特基结构紫外探测器及制作方法
技术领域
本发明属于半导体器件领域，特别是指一种新型的氮化镓(GaN)基肖特基紫外探测器结构及制作方法。
背景技术
作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。GaN紫外探测器是一种非常重要的GaN基光电子器件，在导弹告警、火箭羽烟探测、紫外通信、生化武器探测、飞行器制导、宇宙飞船、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。与Si紫外探测器相比，GaN基紫外探测器由于具有可见光盲、量子效率高、可以在高温和苛性环境下工作等等不可比拟的优点，在实际应用中可以做到虚警率低、灵敏度高、抗干扰能力强，极大的受到了人们的关注。
目前，国际上已研制出金属-半导体-金属(MSM)结构、肖特基结构、pin结构等多种结构的GaN紫外探测器，肖特基结构由于回避了p型GaN的问题，受到了人们的关注。但是由于表面态的存在(一般来说，表面态密度远大于界面态密度)，光生载流子很容易在肖特基结表面复合，从而降低了器件的量子效率，阻碍了器件的实际应用和进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器及制作方法，其可减小表面态对光生载流子复合的影响，不改变肖特基结构的优势的情况下，提高了探测器的外量子效率。
本发明一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一欧姆接触层，该欧姆接触层制作在衬底上；
一有源层，该有源层制作在欧姆接触层的上面，该有源层的面积小于欧姆接触层；
一覆盖层，该覆盖层制作在有源层上；
一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上；
一肖特基电极，该肖特基电极制作在覆盖层上。
其中所述的欧姆电极为点结构或环形结构。
其中所述的衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。
其中欧姆接触层为高电子浓度的N型氮化镓材料。
其中有源层为低电子浓度的N型氮化镓材料。
其中覆盖层为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层的铝组分。
本发明一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底上利用外延生长设备生长欧姆接触层；
(2)在欧姆接触层上生长有源层；
(3)在有源层上生长覆盖层；
(4)将欧姆接触层上的有源层和覆盖层部分刻蚀；
(5)在欧姆接触层上制作欧姆电极；
(6)在覆盖层上制作肖特基电极；
(7)将衬底减薄至100μm左右，然后进行管芯分割，封装在管壳上，制成氮化镓基紫外探测器器件。
其中所述的欧姆电极为点结构或环形结构。
其中所述的衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。
其中欧姆接触层为高电子浓度的N型氮化镓材料。
其中有源层为低电子浓度的N型氮化镓材料。
其中覆盖层为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层的铝组分。
本发明与普通的肖特基结构相比，这种新型的器件结构可以明显的降低表面态的影响，从而提高器件的量子效率。另外，在短波范围内，由于对同一波长来说，AlyGa1-yN的吸收系数比AlxGa1-xN的吸收系数小，这样，在短波方向，这种新型的探测器量子效率下降的速度比普通结构的下降速度慢，积分强度也大一些。总体上来说，这种新型的GaN基肖特基结构探测器能够明显的提高器件的外量子效率。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明中GaN基肖特基结构紫外探测器的材料结构示意图；
图2是本发明中GaN基肖特基结构紫外探测器的器件结构示意图；
图3是两种器件结构的光电流谱的模拟计算结果。其中，实线表示新的器件结构的光电流谱，虚线表示普通的肖特基结构紫外探测器的光电流谱；
图4是不同表面复合速率情况下新、旧器件结构的模拟计算结果的比较，其中(a)(b)(c)的表面复合速率分别为1×105、1×107、1×1010cm/s；
图5是不同AlGaN层厚度对新器件结构的光电流谱的模拟计算结果图。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其中包括：
一衬底10，该衬底10为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料；
一欧姆接触层11，该欧姆接触层11制作在衬底10上，该欧姆接触层11为高电子浓度的N型氮化镓材料；
一有源层12，该有源层12制作在欧姆接触层11的上面，该有源层12的面积小于欧姆接触层11，该有源层12为低电子浓度的N型氮化镓材料；
一覆盖层13，该覆盖层13制作在有源层12上，该覆盖层13为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层12的铝组分；
一欧姆电极21，该欧姆电极制作在欧姆接触层11上，该欧姆电极21为点结构或环形结构；
一肖特基电极20，该肖特基电极20制作在覆盖层13上。
请再参阅图1及图2所示，本发明一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，包括如下步骤：
(1)在衬底10上利用外延生长设备生长欧姆接触层11，其中所述的衬底10为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料；
(2)在欧姆接触层11上生长有源层12，该有源层12为低电子浓度的N型氮化镓材料；
(3)在有源层12上生长覆盖层13，该覆盖层13为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层12的铝组分；
(4)将欧姆接触层11上的有源层12和覆盖层13部分刻蚀，其中欧姆接触层11为高电子浓度的N型氮化镓材料；
(5)在欧姆接触层11上制作欧姆电极21，所述的欧姆电极21为点结构或环形结构；
(6)在覆盖层上制作肖特基电极20；
(7)将衬底10减薄至100μm左右，然后进行管芯分割，封装在管壳上，制成氮化镓基紫外探测器器件。
为了进一步说明本器件结构的效果，我们以响应截止波长为365nm的GaN肖特基紫外探测器为例说明该器件结构的制备过程，具体如下：利用MOCVD设备以蓝宝石为衬底10生长出器件结构，该结构包括N+-GaN层11(厚度为3μm、电子浓度为5×1018cm-3)、有源区N--GaN层12(厚度为0.4μm、电子浓度为5×1016cm-3)和N--Al0.1Ga0.9N层(厚度为50nm、电子浓度为5×1016cm-3)。管芯尺寸为300μm×300μm。用干法刻蚀等方法刻出台阶结构，露出N+-GaN层。然后用光刻、镀膜等方法先后作出肖特基接触(Ni/Au电极，其中Ni、Au厚度分别为3nm、5nm)、欧姆接触(Ti/Al电极)，其中，需要在500℃退火5分钟来实现肖特基透明电极和改善肖特基接触特性。最后再进行减薄、切割、压焊、封装成紫外探测器器件样品。
我们对本发明的提出的新的器件结构与普通的肖特基结构探测器的性能进行了模拟计算，并进行了对比，其中：
图3是两种器件结构的光电流谱的模拟计算结果。其中，实线表示新的器件结构的光电流谱，虚线表示普通的肖特基结构紫外探测器的光电流谱；
图4是不同表面复合速率情况下新、旧器件结构的模拟计算结果的比较，其中(a)(b)(c)的表面复合速率分别为1×105、1×107、1×1010cm/s；
图5是不同AlGaN层厚度对新器件结构的光电流谱的模拟计算结果图。
从上述的模拟计算结果来看，相比普通的器件结构，表面盖AlGaN层的新的GaN肖特基结构紫外探测器的外量子效率提高了。
本发明提出了表面盖有更高Al组分AlGaN层的GaN基肖特基结构紫外探测器，模拟计算表明，该结构能有效的避免表面态对器件性能的影响，能明显的提高器件的外量子效率。

Claims (12)

1、一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一欧姆接触层，该欧姆接触层制作在衬底上；
一有源层，该有源层制作在欧姆接触层的上面，该有源层的面积小于欧姆接触层；
一覆盖层，该覆盖层制作在有源层上；
一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上；
一肖特基电极，该肖特基电极制作在覆盖层上。
2、根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中所述的欧姆电极为点结构或环形结构。
3、根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中所述的衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。
4、根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中欧姆接触层为高电子浓度的N型氮化镓材料。
5、根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中有源层为低电子浓度的N型氮化镓材料。
6、根据权利要求1所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中覆盖层为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层的铝组分。
7、一种氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底上利用外延生长设备生长欧姆接触层；
(2)在欧姆接触层上生长有源层；
(3)在有源层上生长覆盖层；
(4)将欧姆接触层上的有源层和覆盖层部分刻蚀；
(5)在欧姆接触层上制作欧姆电极；
(6)在覆盖层上制作肖特基电极；
(7)将衬底减薄至100μm左右，然后进行管芯分割，封装在管壳上，制成氮化镓基紫外探测器器件。
8、根据权利要求7所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的欧姆电极为点结构或环形结构。
9、根据权利要求7所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的衬底为硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。
10、根据权利要求7所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中欧姆接触层为高电子浓度的N型氮化镓材料。
11、根据权利要求7所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中有源层为低电子浓度的N型氮化镓材料。
12、根据权利要求7所述的氮化镓基肖特基结构紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中覆盖层为低电子浓度的N型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层的铝组分。
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