專利名稱：背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是指一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器。
背景技術(shù)：
作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵(GaN)及其系列材料(包括氮化鋁、鋁鎵氮、銦鎵氮、氮化銦)以其光譜范圍寬(覆蓋了從紫外到紅外全波段)，在光電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。GaN紫外探測(cè)器是一種非常重要的GaN基光電子器件，在導(dǎo)彈告警、火箭羽煙探測(cè)、紫外通信、生化武器探測(cè)、飛行器制導(dǎo)、宇宙飛船、火災(zāi)監(jiān)測(cè)等民用、軍用領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。與Si紫外探測(cè)器相比，GaN基紫外探測(cè)器由于具有可見光盲、量子效率高、可以在高溫和苛性環(huán)境下工作等等不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以做到虛警率低、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，極大的受到了人們的關(guān)注。
目前，國(guó)際上已研制出金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)結(jié)構(gòu)、肖特基結(jié)構(gòu)、pin結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)的GaN紫外探測(cè)器，肖特基結(jié)構(gòu)由于回避了p型GaN的問題，受到了人們的關(guān)注。但是由于表面態(tài)的存在(一般來說，表面態(tài)密度遠(yuǎn)大于界面態(tài)密度)，光生載流子很容易在肖特基結(jié)表面復(fù)合，從而降低了器件的量子效率，另外，透明的肖特基電極對(duì)入射光也有一部分吸收，降低了器件的量子效率，阻礙了器件的實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出了一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，該結(jié)構(gòu)不僅能減小常規(guī)肖特基結(jié)構(gòu)中表面態(tài)對(duì)光生載流子復(fù)合的影響，而且也回避了透明電極對(duì)入射光的吸收，從而能進(jìn)一步提高探測(cè)器的量子效率。
本發(fā)明一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，包括一襯底；一成核層，該成核層生長(zhǎng)在襯底上；一歐姆接觸層，該歐姆接觸層生長(zhǎng)在成核層上；一有源層，該有源層生長(zhǎng)在歐姆接觸層上，該有源層的面積小于歐姆接觸層的面積，位于歐姆接觸層上面的一側(cè)或中間；一歐姆電極，該歐姆電極制作在歐姆接觸層上，位于歐姆接觸層上面的另一側(cè)或有源層的四周；一肖特基電極，該肖特基電極制作在有源層上，完成器件的制作。
其中襯底為藍(lán)寶石或氮化鋁材料。
其中成核層為低溫氮化鋁層。
其中歐姆接觸層為重?fù)诫sN型鋁鎵氮材料，其電子濃度大于1×1018cm-3。
其中有源層為鋁組分低于歐姆接觸層12的本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
其中歐姆電極為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)。
其中肖特基電極為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出了一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，該結(jié)構(gòu)不僅能減小常規(guī)肖特基結(jié)構(gòu)中表面態(tài)對(duì)光生載流子復(fù)合的影響，而且也回避了透明電極對(duì)入射光的吸收，從而能進(jìn)一步提高探測(cè)器的量子效率。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是本發(fā)明中背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的材料結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，包括一襯底10，該襯底10為藍(lán)寶石或氮化鋁材料；一成核層11，該成核層11生長(zhǎng)在襯底10上，該成核層11為低溫氮化鋁層；一歐姆接觸層12，該歐姆接觸層12生長(zhǎng)在成核層11上，該歐姆接觸層12為重?fù)诫sN型鋁鎵氮材料，其電子濃度大于1×1018cm-3；一有源層13，該有源層13生長(zhǎng)在歐姆接觸層12上，該有源層13的面積小于歐姆接觸層12的面積，位于歐姆接觸層12上面的一側(cè)或中間，該有源層13為鋁組分低于歐姆接觸層12的本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3；一歐姆電極20，該歐姆電極20制作在歐姆接觸層12上，位于歐姆接觸層12上面的另一側(cè)或有源層13的四周，該歐姆電極20為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)；一肖特基電極21，該肖特基電極21制作在有源層13上，該肖特基電極21為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，完成器件的制作。
以上所述的從襯底10、成核層11、歐姆接觸層12到有源層13是為圖1所示的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的材料結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是利用該材料結(jié)構(gòu)作成的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)結(jié)合參閱圖2所示，本發(fā)明提出的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的器件制備過程為在藍(lán)寶石或氮化鋁材料為襯底10，利用MOCVD、MBE或者其他生長(zhǎng)GaN材料的設(shè)備生長(zhǎng)出器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括氮化鋁成核層11、N+-AlxGa1-xN歐姆接觸層12和鋁組分更低的有源區(qū)N-AlyGa1-yN層13(這里0≤y＜x≤1)。用干法刻蝕等方法刻出臺(tái)階結(jié)構(gòu)，露出N+-AlxGa1-xN層。然后用光刻、鍍膜等方法先后作出肖特基接觸20、歐姆接觸21，其中，需要熱退火來改善肖特基接觸特性。最后再進(jìn)行減薄、分割、壓焊、封裝(其中襯底背面為入光面)，制成紫外探測(cè)器器件。
再請(qǐng)結(jié)合參閱圖2所示，為了進(jìn)一步說明本器件結(jié)構(gòu)的效果，我們以響應(yīng)截止波長(zhǎng)為365nm的GaN肖特基紫外探測(cè)器為例說明該器件結(jié)構(gòu)的制備過程，具體如下利用MOCVD設(shè)備以藍(lán)寶石為襯底10生長(zhǎng)出器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括低溫AlN成核層11、N+-Al0.1Ga0.9N歐姆接觸層12(厚度為1μm、電子濃度為3×1018cm-3)、有源區(qū)N--GaN層12(厚度為0.2μm、電子濃度為5×1016cm-3)。管芯尺寸為300μm×300μm。用干法刻蝕等方法刻出臺(tái)階結(jié)構(gòu)，露N+-Al0.1Ga0.9N層。然后用光刻、鍍膜等方法先后作出肖特基接觸(Ni/Au電極，其中Ni、Au厚度分別為3nm、5nm)、歐姆接觸(Ti/Al電極)，其中，需要在500℃退火5分鐘來改善肖特基接觸特性。最后再進(jìn)行減薄、切割、壓焊、封裝成紫外探測(cè)器器件樣品(其中襯底背面為光敏面)。
本發(fā)明提出的器件結(jié)構(gòu)與常規(guī)的肖特基結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別，在器件結(jié)構(gòu)中，先生長(zhǎng)一層高鋁組分的N+-AlxGa1-xN層，然后生長(zhǎng)鋁組分稍低的N--AlyGa1-yN層(即0≤y＜x≤1)，紫外光從襯底背面入射。當(dāng)光子能量在N--AlyGa1-yN材料的禁帶寬度附近的入射光照射到器件上時(shí)，能夠透過有源區(qū)下面的N+-AlxGa1-xN層，被有源區(qū)N--AlyGa1-yN材料層吸收，而且大量的光子是被靠近N+-AlxGa1-xN/N--AlyGa1-yN界面的N--AlyGa1-yN區(qū)域所吸收，而靠近N--AlyGa1-yN層表面的光子數(shù)很少，這樣大部分光生載流子主要受到AlyGa1-yN/N--AlxGa1-xN界面層之間的界面態(tài)復(fù)合的影響，一般來說，界面態(tài)密度遠(yuǎn)低于表面態(tài)密度，而且入射光也不會(huì)被普通正照射肖特基機(jī)構(gòu)所采用的透明電極吸收所造成的損耗，這樣器件的外量子效率得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，包括一襯底；一成核層，該成核層生長(zhǎng)在襯底上；一歐姆接觸層，該歐姆接觸層生長(zhǎng)在成核層上；一有源層，該有源層生長(zhǎng)在歐姆接觸層上，該有源層的面積小于歐姆接觸層的面積，位于歐姆接觸層上面的一側(cè)或中間；一歐姆電極，該歐姆電極制作在歐姆接觸層上，位于歐姆接觸層上面的另一側(cè)或有源層的四周；一肖特基電極，該肖特基電極制作在有源層上，完成器件的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中襯底為藍(lán)寶石或氮化鋁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中成核層為低溫氮化鋁層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中歐姆接觸層為重?fù)诫sN型鋁鎵氮材料，其電子濃度大于1×1018cm-3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中有源層為鋁組分低于歐姆接觸層12的本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中歐姆電極為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，其中肖特基電極為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明一種背照射氮化鎵基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器，其特征在于，包括一襯底；一成核層，該成核層生長(zhǎng)在襯底上；一歐姆接觸層，該歐姆接觸層生長(zhǎng)在成核層上；一有源層，該有源層生長(zhǎng)在歐姆接觸層上，該有源層的面積小于歐姆接觸層的面積，位于歐姆接觸層上面的一側(cè)或中間；一歐姆電極，該歐姆電極制作在歐姆接觸層上，位于歐姆接觸層上面的另一側(cè)或有源層的四周；一肖特基電極，該肖特基電極制作在有源層上，完成器件的制作。
文檔編號(hào)G01J1/02GK1956227SQ20051011801
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者趙德剛, 楊輝, 梁駿吾, 李向陽, 龔海梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所