專利名稱：GaN基日盲型紫外探測器面陣及其制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體器件技術(shù)領域，特別是指一種GaN基日盲型紫外探 測器面陣及其制作方法。
背景技術(shù)：
紫外探測技術(shù)在軍事和民用等方面都有著廣泛的應用。軍事上，在導 彈預警、飛行器制導、秘密通信、生化武器探測等領域中都有著重要的應 用價值；民用上，在明火探測、生物醫(yī)藥分析、臭氧監(jiān)測、海上油監(jiān)、太 陽照度監(jiān)測、公安偵察等方面都有著紫外探測器的需求。特別是當響應波 段處于200 280nm時，由于臭氧層強烈的吸收作用，使得該波段的紫外線 不能到達地面，從而形成"日盲區(qū)(也稱為太陽盲區(qū))"。如果紫外告警系 統(tǒng)將響應波段置于日盲波段，由于沒有自然光輻照，背景噪聲很小，虛警 率可以大幅降低。
作為第三代半導體材料的GaN屬直接帶隙半導體，具有禁帶寬度大、 電子飽和速度高、介電常數(shù)小等優(yōu)點，優(yōu)越的物理化學穩(wěn)定性使其可以在 苛刻的條件下工作，適合制備多種器件。特別是其三元合金AlGaN,隨A1組 分的變化禁帶寬度在3. 14 6. 12eV之間連續(xù)變化，對應波長范圍為 200 365mn ,是制作紫外探測器特別是日盲型紫外探測器的理想材料之
由于GaN及其合金的優(yōu)越性質(zhì)以及在紫外探測方面廣泛的應用前景， GaN基紫外探測器特別是紫外探測器面陣成為目前的研究熱點之一。但是 由于在高Al組分AlGaN材料的生長，P-AlGaN歐姆接觸的制作，以及面陣 制作工藝等方面存在著困難，阻礙了日盲型紫外探測器面陣的實際制作和 應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種GaN基日盲型紫外探測器面陣及其制作
方法，其可可以用于實現(xiàn)紫外成像，提高器件的實用性。
本發(fā)明提供一種GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在于，包括 一襯底；
一成核層，該成核層生長在襯底上；
一N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層生長在成核層上；
一有源層，該有源層生長在N型歐姆接觸層上；
一P型歐姆接觸層，該P型歐姆接觸層生長在有源層上；
一 P型歐姆接觸電極，該P型歐姆接觸電極生長在P型歐姆接觸層上；
一二次金屬，該二次金屬生長在P型歐姆接觸電極的上面；
一 N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極生長在N型歐姆接觸層上；
一鈍化層，該鈍化層淀積在N型歐姆接觸層、有源層、P型歐姆接觸
層、P型歐姆接觸電極、二次金屬和N型歐姆接觸電極的兩側(cè)。
其中N型歐姆接觸層、有源層和P型歐姆接觸層形成PIN型結(jié)構(gòu)的半
導體材料。
其中襯底的材料為藍寶石或氮化鋁材料。 其中成核層為低溫生長的氮化鋁材料。
其中N型歐姆接觸層為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于 0.45，其電子濃度大于lx10 cm 。
其中有源層為非故意摻雜的N型鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于 0.45，其電子濃度小于lxlO"cnT3。
其中P型歐姆接觸層為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源層相同，其自 由載流子濃度大于lxl017cnT3。
其中P型歐姆接觸電極的材料為鎳金合金。
其中N型歐姆接觸電極的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電極為環(huán)形結(jié)構(gòu)， 只在面陣邊緣引出，由所有像元共用。
其中二次金屬的材料為鈦金雙層金屬。
本發(fā)明又提供一種GaN基日盲型紫外探測器面陣的生長方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟1:在襯底上依次制備成核層、N型歐姆接觸層、有源層和P型 歐姆接觸層；
步驟2:在P型歐姆接觸層的上面生長一 P型歐姆接觸電極；
步驟3:將前述步驟制備得到的芯片結(jié)構(gòu)兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕深度到
達N型歐姆接觸層，形成臺階狀結(jié)構(gòu)；
步驟4:在N型歐姆接觸層上生長共用的N型歐姆接觸電極；
步驟5:在前述步驟制備得到的芯片結(jié)構(gòu)的上表面及刻蝕后的臺階狀
結(jié)構(gòu)的兩側(cè)淀積鈍化層；
步驟6:在鈍化層上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中、P型歐姆
接觸電極的上面生長二次金屬；
步驟7:將襯底減薄，進行管芯分割，完成探測器面陣制作。
其中N型歐姆接觸層、有源層和P型歐姆接觸層，形成PIN型結(jié)構(gòu)的
半導體材料。
其中襯底的材料為藍寶石或氮化鋁。 其中成核層為低溫生長的氮化鋁材料。
其中N型歐姆接觸層為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于
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0.45，其電子濃度大于1x10 cm 。
其中有源層為非故意摻雜的N型鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于 0. 45，其電子濃度小于lxl0口cm—3。
其中P型歐姆接觸層為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源層相同，其自 由載流子濃度大于lxl017cm—3。
其中P型歐姆接觸電極的材料為鎳金合金。
其中N型歐姆接觸電極的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電極為環(huán)形結(jié)構(gòu)， 只在面陣邊緣引出，由所有像元共用。
其中二次金屬的材料為鈦金雙層金屬。 其中襯底減薄至150微米。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實例及附圖詳細說明如后，其中
圖1為該紫外探測器面陣的材料生長結(jié)構(gòu)圖； 圖2為刻蝕得到臺面后像素結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為器件制作完成后像素結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為器件制作完成后的面陣示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖l一圖4，本發(fā)明提供了一種GaN基日盲型紫外探測器面陣，
包括
一襯底10，該襯底10的材料為藍寶石或氮化鋁材料； 一成核層20，該成核層20生長在襯底IO上，該成核層20為低溫生 長的氮化鋁材料；
一 N型歐姆接觸層30，該N型歐姆接觸層30生長在成核層20上，該 N型歐姆接觸層30為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分高于后敘的P型歐 姆接觸層50和有源層40，其電子濃度大于lxl018cm—3;
一有源層40，該有源層40生長在N型歐姆接觸層30上，該有源層 40為非故意摻雜的N型鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于0.45，其電子 濃度小于lxl017cm—3;
一 P型歐姆接觸層50，該P型歐姆接觸層50生長在有源層40上，該 P型歐姆接觸層50為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源層40相同，其自由 載流子濃度大于lxl0"cnT3，其中N型歐姆接觸層30、有源層40和P型歐 姆接觸層50形成PIN型結(jié)構(gòu)的半導體材料；
一 P型歐姆接觸電極60，該P型歐姆接觸電極60生長在P型歐姆接 觸層50上，該P型歐姆接觸電極60的材料為鎳金合金；
一二次金屬70，該二次金屬70生長在P型歐姆接觸電極60的上面， 該二次金屬70的材料為鈦金雙層金屬；
一N型歐姆接觸電極90，該N型歐姆接觸電極90生長在N型歐姆接 觸層30上，該N型歐姆接觸電極90的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電極為 環(huán)形結(jié)構(gòu)，只在面陣邊緣引出，由所有像元共用，不必在每個像元中分別 引出；一鈍化層80，該鈍化層80淀積在N型歐姆接觸層30、有源層40、 P 型歐姆接觸層50、 P型歐姆接觸電極60、 二次金屬70和N型歐姆接觸電 極90的兩側(cè)。
請再參閱圖l一圖4，本發(fā)明提供一種GaN基日盲型紫外探測器面陣 的生長方法，包括如下步驟
步驟l:在襯底10上依次制備成核層20、 N型歐姆接觸層30、有源 層40、 P型歐姆接觸層50，該N型歐姆接觸層30、有源層40和P型歐姆 接觸層50形成PIN型結(jié)構(gòu)的半導體材料，所述襯底10的材料為藍寶石或 氮化鋁材料；所述成核層20為低溫生長的氮化鋁材料；所述N型歐姆接 觸層30為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分高于P型歐姆接觸層50和有 源層40，其電子濃度大于lxl018cm—3;所述有源層40為非故意摻雜的N 型鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于0.45，其電子濃度小于lxlO m3; 所述P型歐姆接觸層50為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源層40相同，其 自由載流子濃度大于lxl017CnT3;
步驟2:在P型歐姆接觸層50的上面生長一 P型歐姆接觸電極60， 該P電極金屬60的材料為鎳金合金，得到芯片結(jié)構(gòu)；
步驟3:將制備得到的芯片結(jié)構(gòu)兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕深度到達N型歐
姆接觸層30，形成臺階狀結(jié)構(gòu)；
步驟4:在N型歐姆接觸層30上生長共用的N型歐姆接觸電極90， 該N型歐姆接觸電極90的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電極為環(huán)形結(jié)構(gòu)， 只在面陣邊緣引出，由所有像元共用，不必在每個像元中分別引出，得到 新的芯片結(jié)構(gòu)；
步驟5:在芯片結(jié)構(gòu)的上表面及刻蝕后的臺階狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)淀積鈍化 層80;
步驟6:在鈍化層80上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中、P型歐 姆接觸電極60的上面生長二次金屬70，該二次金屬70的材料為鈦金雙層 金屬；
步驟7:將襯底IO進行減薄至150微米，進行管芯分割，完成探測器 面陣制作。
為進一步說明本發(fā)明的一種GaN基日盲型紫外探測器面陣及其制作方
9法，我們以器件響應波長為247nm為例說明該器件的制作過程(結(jié)合參閱 圖1一圖4)，具體如下以藍寶石為襯底IO，用MOCVD設備依次生長出低 溫(50(TC)氮化鋁成核層20 (厚度為0.8^m)、重摻雜的N型歐姆接觸層 30 (材料為AlQ.85Ga().15N，厚度為0. 6,，電子濃度為3x10 cm )、非故意 摻雜的N型有源層40 (材料為AlQ.65Gao.35N，厚度為0. 15pm，電子濃度為 lxl016cm—3)、 P型歐姆接觸層(材料為AlQ.65Ga。.35N，厚度為O. 3,，載流 子濃度為lxl0"cm—3)，其中N型歐姆接觸層30、有源層40和P型歐姆接 觸層50形成P-AlxGa卜XN/N—AlxGai—XN/N+-AlyGa!—yN(0. 45《x〈y《l)型結(jié)構(gòu)
的半導體材料(請參閱圖1)，這樣，當光由背部入射到探測器上時，波長 較短的光(〈225nm，由y的數(shù)值決定)被N型歐姆接觸層30吸收，不能 到達有源區(qū)40產(chǎn)生響應，形成短波截止，波長較長的光(〉255nm，由x 的數(shù)值決定)不能引起有源層40的響應，形成長波截止。利用光刻、鍍 膜等工藝在P型歐姆接觸層50的上面生長一 P型歐姆接觸電極60，該P 電極金屬60的材料為鎳金，厚度為5nm/5nm，并在500。C下快速退火5分 鐘以改善P電極歐姆接觸特性；然后用干法刻蝕得到臺階形結(jié)構(gòu)，刻蝕深 度為0. 5pm (請參閱圖2);再在N型歐姆接觸層30上生長共用的N型歐 姆接觸電極90，該N型歐姆接觸電極90的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，厚 度為15nm/200nm/40nm/250nm，電極為環(huán)形結(jié)構(gòu)，只在面陣邊緣引出，由 所有像元共用，不必在每個像元中分別引出，得到新的芯片結(jié)構(gòu)；在芯片 結(jié)構(gòu)的上表面及刻蝕后的臺階狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)淀積鈍化層80;在鈍化層80 上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中、P型歐姆接觸電極60的上面生長 二次金屬70，該二次金屬70的材料為鈦金雙層金屬(請參閱圖3);最后 將襯底10進行減薄至150微米，進行管芯分割，完成探測器面陣制作(請 參閱圖4)。
惟以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例而己，當不能以此限定本發(fā) 明實施的范圍，即凡是依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單 的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明權(quán)利要求涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在于，包括一襯底；一成核層，該成核層生長在襯底上；一N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層生長在成核層上；一有源層，該有源層生長在N型歐姆接觸層上；一P型歐姆接觸層，該P型歐姆接觸層生長在有源層上；一P型歐姆接觸電極，該P型歐姆接觸電極生長在P型歐姆接觸層上；一二次金屬，該二次金屬生長在P型歐姆接觸電極的上面；一N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極生長在N型歐姆接觸層上；一鈍化層，該鈍化層淀積在N型歐姆接觸層、有源層、P型歐姆接觸層、P型歐姆接觸電極、二次金屬和N型歐姆接觸電極的兩側(cè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中N型歐姆接觸層、有源層和P型歐姆接觸層形成PIN型結(jié)構(gòu)的半 導體材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中襯底的材料為藍寶石或氮化鋁材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中成核層為低溫生長的氮化鋁材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中N型歐姆接觸層為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于 0.45，其電子濃度大于lxl018cm—3。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中有源層為非故意摻雜的N型鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于 0.45，其電子濃度小于lxl017cnT3。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中P型歐姆接觸層為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源層相同，其自由載流子濃度大于lxlO nT。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中P型歐姆接觸電極的材料為鎳金合金。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中N型歐姆接觸電極的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電極為環(huán)形結(jié)構(gòu)， 只在面陣邊緣引出，由所有像元共用。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣，其特征在 于，其中二次金屬的材料為鈦金雙層金屬。
11、 一種GaN基日盲型紫外探測器面陣的生長方法，其特征在于，包 括如下步驟步驟l:在襯底上依次制備成核層、N型歐姆接觸層、有源層和P型 歐姆接觸層；步驟2:在P型歐姆接觸層的上面生長一 P型歐姆接觸電極；步驟3:將前述步驟制備得到的芯片結(jié)構(gòu)兩側(cè)進行刻蝕，刻蝕深度到達N型歐姆接觸層，形成臺階狀結(jié)構(gòu)；步驟4:在N型歐姆接觸層上生長共用的N型歐姆接觸電極；步驟5:在前述步驟制備得到的芯片結(jié)構(gòu)的上表面及刻蝕后的臺階狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)淀積鈍化層；步驟6:在鈍化層上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中、P型歐姆 接觸電極的上面生長二次金屬；步驟7:將襯底減薄，進行管芯分割，完成探測器面陣制作。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中N型歐姆接觸層、有源層和P型歐姆接觸層，形成 PIN型結(jié)構(gòu)的半導體材料。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中襯底的材料為藍寶石或氮化鋁。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中成核層為低溫生長的氮化鋁材料。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中N型歐姆接觸層為重摻雜的鋁鎵氮材料，其中鋁組分大于等于0.45，其電子濃度大于lxlO cnT。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中有源層為非故意摻雜的N型鋁鎵氮材料，其中鋁組 分大于等于0. 45，其電子濃度小于lxlO"cnT3。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中P型歐姆接觸層為鋁鎵氮材料，其中鋁組分與有源 層相同，其自由載流子濃度大于lxl017cm3。
18、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中P型歐姆接觸電極的材料為鎳金合金。
19、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中N型歐姆接觸電極的材料為鈦鋁鈦金多層金屬，電 極為環(huán)形結(jié)構(gòu)，只在面陣邊緣引出，由所有像元共用。
20、 根據(jù)權(quán)利要求H所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中二次金屬的材料為鈦金雙層金屬。
21、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的GaN基日盲型紫外探測器面陣的制作方 法，其特征在于，其中襯底減薄至150微米。
全文摘要
一種GaN基日盲型紫外探測器面陣，包括一襯底；一成核層，該成核層生長在襯底上；一N型歐姆接觸層，該N型歐姆接觸層生長在成核層上；一有源層，該有源層生長在N型歐姆接觸層上；一P型歐姆接觸層，該P型歐姆接觸層生長在有源層上；一P型歐姆接觸電極，該P型歐姆接觸電極生長在P型歐姆接觸層上；一二次金屬，該二次金屬生長在P型歐姆接觸電極的上面；一N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極生長在N型歐姆接觸層上；一鈍化層，該鈍化層淀積在N型歐姆接觸層、有源層、P型歐姆接觸層、P型歐姆接觸電極、二次金屬和N型歐姆接觸電極的兩側(cè)。
文檔編號H01L27/144GK101621066SQ200810116040
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者王國東, 明 種, 蘇艷梅, 顏廷靜 申請人:中國科學院半導體研究所