背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器制造技术

本发明专利技术一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，包括：一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一欧姆接触层，该欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在欧姆接触层上，该有源层的面积小于欧姆接触层的面积，位于欧姆接触层上面的一侧或中间；一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上，位于欧姆接触层上面的另一侧或有源层的四周；一肖特基电极，该肖特基电极制作在有源层上，完成器件的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件领域，特别是指一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器。
技术介绍
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)以其光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)，在光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，另外，透明的肖特基电极对入射光也有一部分吸收，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出了一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，该结构不仅能减小常规肖特基结构中表面态对光生载流子复合的影响，而且也回避了透明电极对入射光的吸收，从而能进一步提高探测器的量子效率。本专利技术一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，包括一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一欧姆接触层，该欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在欧姆接触层上，该有源层的面积小于欧姆接触层的面积，位于欧姆接触层上面的一侧或中间；一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上，位于欧姆接触层上面的另一侧或有源层的四周；一肖特基电极，该肖特基电极制作在有源层上，完成器件的制作。其中衬底为蓝宝石或氮化铝材料。其中成核层为低温氮化铝层。其中欧姆接触层为重掺杂N型铝镓氮材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。其中有源层为铝组分低于欧姆接触层12的本征铝镓氮材料，其电子浓度小于1×1017cm-3。其中欧姆电极为点状结构或环形结构。其中肖特基电极为点状结构。本专利技术提出了一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，该结构不仅能减小常规肖特基结构中表面态对光生载流子复合的影响，而且也回避了透明电极对入射光的吸收，从而能进一步提高探测器的量子效率。附图说明为了进一步说明本专利技术的内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中图1是本专利技术中背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器的材料结构示意图； 图2是本专利技术中背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器的器件结构示意图；具体实施方式请参阅图1及图2所示，本专利技术一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，包括一衬底10，该衬底10为蓝宝石或氮化铝材料；一成核层11，该成核层11生长在衬底10上，该成核层11为低温氮化铝层；一欧姆接触层12，该欧姆接触层12生长在成核层11上，该欧姆接触层12为重掺杂N型铝镓氮材料，其电子浓度大于1×1018cm-3；一有源层13，该有源层13生长在欧姆接触层12上，该有源层13的面积小于欧姆接触层12的面积，位于欧姆接触层12上面的一侧或中间，该有源层13为铝组分低于欧姆接触层12的本征铝镓氮材料，其电子浓度小于1×1017cm-3；一欧姆电极20，该欧姆电极20制作在欧姆接触层12上，位于欧姆接触层12上面的另一侧或有源层13的四周，该欧姆电极20为点状结构或环形结构；一肖特基电极21，该肖特基电极21制作在有源层13上，该肖特基电极21为点状结构，完成器件的制作。以上所述的从衬底10、成核层11、欧姆接触层12到有源层13是为图1所示的背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器的材料结构示意图，图2是利用该材料结构作成的背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器的器件结构。请结合参阅图2所示，本专利技术提出的背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器的器件制备过程为在蓝宝石或氮化铝材料为衬底10，利用MOCVD、MBE或者其他生长GaN材料的设备生长出器件结构，该结构包括氮化铝成核层11、N+-AlxGa1-xN欧姆接触层12和铝组分更低的有源区N-AlyGa1-yN层13(这里0≤y＜x≤1)。用干法刻蚀等方法刻出台阶结构，露出N+-AlxGa1-xN层。然后用光刻、镀膜等方法先后作出肖特基接触20、欧姆接触21，其中，需要热退火来改善肖特基接触特性。最后再进行减薄、分割、压焊、封装(其中衬底背面为入光面)，制成紫外探测器器件。再请结合参阅图2所示，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，该结构包括低温AlN成核层11、N+-Al0.1Ga0.9N欧姆接触层12(厚度为1μm、电子浓度为3×1018cm-3)、有源区N--GaN层12(厚度为0.2μm、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N+-Al0.1Ga0.9N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(其中衬底背面为光敏面)。本专利技术提出的器件结构与常规的肖特基结构有很大区别，在器件结构中，先生长一层高铝组分的N+-AlxGa1-xN层，然后生长铝组分稍低的N--AlyGa1-yN层(即0≤y＜x≤1)，紫外光从衬底背面入射。当光子能量在N--AlyGa1-yN材料的禁带宽度附近的入射光照射到器件上时，能够透过有源区下面的N+-AlxGa1-xN层，被有源区N--AlyGa1-yN材料层吸收，而且大量的光子是被靠近N+-AlxGa1-xN/N--AlyGa1-yN界面的N--AlyGa1-yN区域所吸收，而靠近N--AlyGa1-yN层表面的光子数很少，这样大部分光生载流子主要受到AlyGa1-yN/N--AlxGa1-xN界面层之间的界面态复合的影响，一般来说，界面态密度远低于表面态密度，而且入射光也不会被普通正照射肖特基机构所采用的透明电极吸收所造成的损耗，这样器件的外量子效率得到了提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，包括：一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一欧姆接触层，该欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在欧姆接触层上，该有源层的面积小于欧姆接触层的 面积，位于欧姆接触层上面的一侧或中间；一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上，位于欧姆接触层上面的另一侧或有源层的四周；一肖特基电极，该肖特基电极制作在有源层上，完成器件的制作。

【技术特征摘要】
1.一种背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，包括一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一欧姆接触层，该欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在欧姆接触层上，该有源层的面积小于欧姆接触层的面积，位于欧姆接触层上面的一侧或中间；一欧姆电极，该欧姆电极制作在欧姆接触层上，位于欧姆接触层上面的另一侧或有源层的四周；一肖特基电极，该肖特基电极制作在有源层上，完成器件的制作。2.根据权利要求1所述的背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器，其特征在于，其中衬底为蓝宝石或氮化铝材料。3.根据权利要求1所述的背照射氮化镓基肖特基结构紫外探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德刚，杨辉，梁骏吾，李向阳，龚海梅，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]