專利名稱：一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外探測(cè)器的制備方法，尤其涉及一種基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的高靈敏度、信噪比紫外探測(cè)器的制備方法。
背景技術(shù)：
紫外探測(cè)器是常見的廣泛應(yīng)用于軍事和民用等方面的探測(cè)器，具有重要的作用。 在軍事上，紫外探測(cè)器應(yīng)用在紫外通訊、生化分析和早期的導(dǎo)彈預(yù)警等方面；在民用上，可用于如明火探測(cè)、生物醫(yī)藥的分析、臭氧監(jiān)測(cè)、海上油監(jiān)、太陽(yáng)照度監(jiān)測(cè)、公安偵察等。靈敏度和探測(cè)率是紫外探測(cè)的重要性能指標(biāo)。一直以來(lái)，高靈敏度紫外探測(cè)器多采用的是光電倍增管，但這種類型的探測(cè)器具有體積大、工作電壓高的缺點(diǎn)，半導(dǎo)體探測(cè)器的研究尤其寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展使得探測(cè)器像小型化、低功耗和高集成度發(fā)展。多年來(lái)，人們通過(guò)設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)來(lái)提高半導(dǎo)體紫外探測(cè)器的靈敏度和探測(cè)率。寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測(cè)器是當(dāng)今紫外探測(cè)器尤其是日盲段紫外探測(cè)器的主要研究方向，具有體積小、功耗小、無(wú)需低溫冷卻和虛警率低的優(yōu)點(diǎn)，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)材料組分改變響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍。同時(shí)，寬禁帶半導(dǎo)體材料面臨著材料生長(zhǎng)困難、P型材料難摻雜和歐姆接觸接觸電阻高的問(wèn)題。有鑒于此，肖特基型紫外探測(cè)器成為一種可行的結(jié)構(gòu)方案，并具有工藝簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快和更容易制備陣列探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的肖特基型紫外探測(cè)器的空間電荷區(qū)在小電壓下較小，降低了其靈敏度和探測(cè)效率。采用表面柱陣列的結(jié)構(gòu)，可以在不增大像素單元的前提下增大空間電荷區(qū)的有效感光面積，進(jìn)而提高肖特基型紫外探測(cè)器的靈敏度和探測(cè)效率，彌補(bǔ)其不足之處。而如何從制備工藝角度出發(fā)，簡(jiǎn)化工藝步驟， 降低紫外探測(cè)器生產(chǎn)成本，便是本領(lǐng)域技術(shù)人員一個(gè)重要的技術(shù)特破口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，通過(guò)選用合適的工藝方法設(shè)計(jì)制造合適尺寸和周期的表面柱陣列結(jié)構(gòu)，對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行篩選，提高探測(cè)器的信噪比。本發(fā)明的目的，將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)
一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于包括步驟
I、在藍(lán)寶石襯底上通過(guò)Si的原位摻雜生長(zhǎng)制備η型GaN摻雜層，并在η型GaN摻雜層上生長(zhǎng)寬禁帶半導(dǎo)體層；
II、在寬禁帶半導(dǎo)體層上利用掩膜法進(jìn)行臺(tái)階刻蝕，刻蝕臺(tái)面外側(cè)的歐姆電極區(qū)域至η 型GaN摻雜層；
III、在歐姆電極區(qū)沉積Ti/Al/Ni/Au復(fù)合金屬，并退火形成歐姆接觸；
IV、在步驟II刻蝕所得的寬禁帶半導(dǎo)體層臺(tái)面上制備刻蝕掩膜，并利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法刻蝕出表面柱陣列，刻蝕深度300 500nm ；
V、利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射法在表面柱陣列區(qū)域沉積紫外透光導(dǎo)電層，并退火形成肖特基接觸；
VI、利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射法分別在歐姆接觸和肖特基接觸表面制備加厚電極，并通過(guò)鈍化、引線及封裝后制成紫外探測(cè)器。優(yōu)選的，所述寬禁帶半導(dǎo)體層至少為GaN層，ZnO層，AlxGai_xN層及LxAU層中的一種，其中0 < χ < 1。優(yōu)選的，步驟IV中制備刻蝕掩膜的方法至少包括對(duì)Ni薄膜退火法，涂覆Si02顆粒法，投影式光刻法，納米壓印法及電子束光刻法。優(yōu)選的，步驟V中所述紫外透光導(dǎo)電層至少為Ga2O3層、G 03/IT0層和SiOx，Ny層， 其中采用本發(fā)明制備方法制造的紫外探測(cè)器，極大地增大了探測(cè)器的比表面積，從而顯著提高了紫外探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和信噪比，進(jìn)而促進(jìn)紫外探測(cè)器系統(tǒng)向小型化、便攜式和高靈敏兼具的目標(biāo)發(fā)展；同時(shí)，該制備方法具有簡(jiǎn)化工藝，降低成本的顯著特效。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是本發(fā)明方法所制得的一種紫外探測(cè)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有紫外探測(cè)器在靈敏度差、應(yīng)用不便和不便攜等缺陷，順應(yīng)紫外探測(cè)器小型化的設(shè)計(jì)要求。從紫外探測(cè)器產(chǎn)品的微型化設(shè)計(jì)角度出發(fā)對(duì)生產(chǎn)工藝作出改進(jìn)。 使得一種具表面柱陣列結(jié)構(gòu)的紫外探測(cè)器能得以簡(jiǎn)單、低成本的生產(chǎn)制造。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀及缺陷分析可得利用刻蝕的方式來(lái)制備柱陣列結(jié)構(gòu)，可以將制備過(guò)程置于微加工階段，不再依賴于半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)，并且可以更靈活的設(shè)計(jì)柱陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)。柱陣列中柱單元的截面尺寸與提高探測(cè)器的靈敏度和探測(cè)效率成反比，即隨著單元柱截面尺寸的減小，可以更大的提高探測(cè)器性能。隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，納米尺度的掩膜制備成為可能。利用對(duì)M薄層退火、涂覆SiO2顆粒、投影式光刻、納米壓印及電子束光刻等方式可以獲得納米尺度刻蝕掩膜，再利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)制備出納米尺度的表面柱陣列結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)合適的表面柱陣列結(jié)構(gòu)可以降低暗電流提高信噪比。在寬禁帶半導(dǎo)體(GaN、 ZnO, Alx(iai_xN& ^ixAlhN等)的生長(zhǎng)過(guò)程中，一個(gè)普遍的問(wèn)題就是位錯(cuò)密度比較高，進(jìn)而在半導(dǎo)體禁帶中會(huì)形成很多陷阱能級(jí)，這些陷阱能級(jí)會(huì)在可見光或紅外光的激發(fā)下導(dǎo)致暗電流上升或造成光淬滅現(xiàn)象，嚴(yán)重影響紫外探測(cè)器的性能。通過(guò)設(shè)計(jì)合適尺寸(IOOnm IOOOnm)和周期的表面柱陣列結(jié)構(gòu)可以對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行篩選，提高探測(cè)器的信噪比。另外，采用紫外透光的導(dǎo)電材料在表面柱陣列上制備肖特基接觸及電極。對(duì)紫外波段的選擇性探測(cè)主要通過(guò)調(diào)節(jié)寬禁帶半導(dǎo)體的材料組分來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用紫外透光的導(dǎo)電材料可以避免電極材料對(duì)紫外光的吸收造成的探測(cè)器分辨率下降。適應(yīng)表面柱陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，紫外透光導(dǎo)電材料可以通過(guò)磁控濺射和化學(xué)氣相沉積等方式實(shí)現(xiàn)，可選用的材料主要
jy-
有6￡1203、&1203/1110 和 510!￡’乂等，其中—=3. δ。j-為了便于直觀說(shuō)明，以AlxGai_xN材料體系(其中0 < χ < 1，實(shí)際發(fā)明可應(yīng)用于多種半導(dǎo)體材料體系)為例，對(duì)本發(fā)明制備方法的實(shí)施步驟作詳細(xì)介紹，以下介紹結(jié)合圖1所示的產(chǎn)品剖面結(jié)構(gòu)示意圖。步驟I 以藍(lán)寶石為襯底1，并在其上通過(guò)Si的原位摻雜生長(zhǎng)制備η型GaN摻雜層2，并在η型GaN摻雜層上生長(zhǎng)寬禁帶半導(dǎo)體層，即AlxGai_xN層3，其中0<χ<1。而且 Al組分在40%以上，以使材料對(duì)紫外的吸收位于日盲段。步驟II 利用投影式光刻技術(shù)制備臺(tái)階刻蝕掩膜；并利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕Alx(;ai_xN/n-GaN的歐姆電極區(qū)域至η型GaN摻雜層2。步驟III 利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射技術(shù)在歐姆電極區(qū)域沉積Ti/Al/Ni/Au作為歐姆接觸的金屬，并在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行900°C退火處理，形成良好的歐姆接觸4。步驟IV 利用對(duì)Ni薄層退火、涂覆SiO2顆粒、投影式光刻、納米壓印及電子束光刻等技術(shù)在步驟II刻蝕后的臺(tái)面上制備表面柱陣列結(jié)構(gòu)的刻蝕掩膜；
再利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕出表面柱陣列結(jié)構(gòu)5，刻蝕深度約300 500nmo步驟V 利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射技術(shù)在表面柱陣列區(qū)域沉積紫外透光導(dǎo)電層， 本實(shí)施例為Ga203/IT0，通過(guò)合適的退火處理形成肖特基接觸6。步驟VI 利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射技術(shù)分別在歐姆電極和肖特基電極區(qū)域制備加厚電極7;經(jīng)鈍化、引線和封裝后制成具有表面柱陣列結(jié)構(gòu)的肖特基型寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測(cè)器。采用表面柱陣列結(jié)構(gòu)的紫外探測(cè)器能夠在不改變紫外光探測(cè)材料面積的情況下增大有效感光面積，提高對(duì)紫外弱信號(hào)的響應(yīng)度，使得其相對(duì)于傳統(tǒng)的探測(cè)器具有更高的靈敏度和探測(cè)效率。而且，表面柱陣列的柱截面尺寸越小，對(duì)探測(cè)器的靈敏度和探測(cè)率提高越多。隨著微加工工藝水平的不斷提高，制備納米尺度的表面柱陣列探測(cè)面成為可能，進(jìn)而可以極大的增大比表面積，提高紫外探測(cè)器性能。采用本發(fā)明方法制備得到的探測(cè)器還有利于制備更小像素單元的紫外焦平面陣列，提高紫外成像精度，促進(jìn)紫外探測(cè)器系統(tǒng)向小型化、便攜式和高靈敏的發(fā)展。同時(shí)該制備方法具有簡(jiǎn)化工藝，降低成本的顯著特效。
權(quán)利要求
1. 一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于包括步驟1.在藍(lán)寶石襯底上通過(guò)Si的原位摻雜生長(zhǎng)制備η型GaN摻雜層，并在η型GaN摻雜層上生長(zhǎng)寬禁帶半導(dǎo)體層；II、在寬禁帶半導(dǎo)體層上利用掩膜法進(jìn)行臺(tái)階刻蝕，刻蝕臺(tái)面外側(cè)的歐姆電極區(qū)域至η 型GaN摻雜層；III、在歐姆電極區(qū)沉積Ti/Al/Ni/Au復(fù)合金屬，并退火形成歐姆接觸；IV、在步驟II刻蝕所得的寬禁帶半導(dǎo)體層臺(tái)面上制備刻蝕掩膜，并利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法刻蝕出表面柱陣列，刻蝕深度300 500nm ；V、利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射法在表面柱陣列區(qū)域沉積紫外透光導(dǎo)電層，并退火形成肖特基接觸；VI、利用光刻套準(zhǔn)和磁控濺射法分別在歐姆接觸和肖特基接觸表面制備加厚電極，并通過(guò)鈍化、引線及封裝后制成紫外探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于所述寬禁帶半導(dǎo)體層至少為GaN層，ZnO層，Alx^vxN層及^ixAU層中的一種，其中0 < χ < 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于步驟IV 中制備刻蝕掩膜的方法至少包括對(duì)M薄膜退火法，涂覆Si02顆粒法，投影式光刻法，納米壓印法及電子束光刻法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于步驟V中所述紫外透光導(dǎo)電層至少為Ga2O3層、Ga2O3ZUOBm 310!￡，乂層，其中
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種高靈敏度紫外探測(cè)器的制備方法，該方法以調(diào)節(jié)寬禁帶半導(dǎo)體的材料組分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外波段的選擇性探測(cè)。特別通過(guò)在該寬禁帶半導(dǎo)體制備表面柱陣列結(jié)構(gòu)，再采用紫外透光導(dǎo)電材料沉積并覆蓋表面柱陣列結(jié)構(gòu)區(qū)域作為肖特基接觸電極，對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行篩選，提高探測(cè)的信噪比。采用本發(fā)明制備方法制造的紫外探測(cè)器，極大地增大了探測(cè)器的比表面積，從而顯著提高了紫外探測(cè)器的探測(cè)靈敏度，進(jìn)而促進(jìn)紫外探測(cè)器系統(tǒng)向小型化、便攜式和高靈敏兼具的目標(biāo)發(fā)展；同時(shí)，該制備方法具有簡(jiǎn)化工藝，降低成本的顯著特效。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102315330SQ20111027909
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者付凱, 劉冬, 劉帆, 張寶順, 李海軍, 楊樂(lè)臣, 熊敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所