專利名稱：具有二次臺面包裹電極的AlGaN紫外探測器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及AWaN紫外探測器，具體指一種具有二次臺面包裹電極的AWaN紫外探測器及制備方法。
背景技術(shù)：
目前，AWaN材料以獨特的物理、化學(xué)、電學(xué)特性成為紫外材料的領(lǐng)軍者。AWaN材料覆蓋了 200-365nm波段，其器件量子效率高、靈敏度高、紫外可見抑制比大，可完全工作于低背景的日盲波段O40-280nm)。MGaN紫外探測器可應(yīng)用于生化傳感器、火焰探測(火警系統(tǒng)、導(dǎo)彈及飛機尾焰探測)、紫外通信、紫外成像等領(lǐng)域，可對尾焰或者羽煙中釋放出大量紫外輻射的飛行目標進行實時探測或有效追蹤，在微弱的背景下探測出目標。隨著紫外器件向短波方向發(fā)展，特別是低背景日盲波段應(yīng)用的推動，AWaN器件本征區(qū)的組分不斷增加，高鋁組分AWaN器件的研究受到廣泛關(guān)注。但隨著AWaN材料中Al 組分的增加，材料電阻率指數(shù)增加，摻雜雜質(zhì)的激活能指數(shù)增加，載流子遷移率減小。高鋁組分材料的特性引起了載流子傳輸及歐姆接觸制備的困難，這是目前影響AKiaN器件性能的主要因素。近年來，為了防止高鋁組分AlGaN材料的氧化及減小ρ型材料的電阻率，工藝上常在p-AWaN薄膜層上沉積一層p-GaN薄膜作為歐姆接觸層。P型GaN帽層的存在在一定程度上減小了 P型材料歐姆接觸的制備困難，但P-GaN與p-AWaN薄膜間的異質(zhì)結(jié)對器件性能產(chǎn)生了一定影響，在360nm波長附近附加了一可見盲波段響應(yīng)，降低了器件的靈敏度和抑制比。

發(fā)明內(nèi)容
本專利的目的在于克服ρ型高鋁組分AWaN薄膜歐姆接觸制備困難，提出一種具有二次臺面包裹電極型的AlGaN紫外探測器，這一器件利用ρ型GaN帽層與p-AWaN薄膜間異質(zhì)結(jié)內(nèi)的二維空穴氣傳輸載流子，提高了器件的靈敏度和抑制比，二次臺面可減小器件的暗電流，有利于器件的后續(xù)鈍化和連接。本專利一種具有二次臺面包裹電極的AWaN 紫外探測器，其特征在于，材料生長和器件制備包括如下步驟步驟一在襯底上依次生長緩沖層、η型薄膜層、本征薄膜層、P型薄膜層和P型帽層；步驟二 將ρ型帽層和部分ρ型薄膜層進行刻蝕，形成ρ型微臺面；步驟三在ρ型微臺面上制備ρ包裹型歐姆電極；步驟四將ρ型薄膜層和本征薄膜層進行刻蝕，形成器件臺面；步驟五在η型薄膜層上制備η型歐姆電極；步驟六對器件進行鈍化、劃片、焊接和封裝，完成器件制備。其中襯底為藍寶石、硅、碳化硅或氮化鎵材料。其中η型薄膜層為電子濃度大于IX IO18CnT3的AWaN薄膜。
其中本征薄膜層為厚度大于IOOnm小于300nm的AWaN薄膜，Al組分小于或等于 η型薄膜層Al組分，自由載流子濃度小于5Χ 1016cm_3。其中ρ型薄膜層為Al組分大于或等于本征薄膜層的AKiaN薄膜，厚度為 100-200nm,空穴濃度大于 1 X 1017cnT3。其中ρ型帽層為厚度為IO-IOOnm的III-V族半導(dǎo)體化合物InGaAs JnfeiN或MGaN 薄膜，空穴濃度大于lX1017cm_3。其中ρ型微臺面深度為ρ型帽層以下10-40nm，形狀為方形或圓形，邊長或半徑為 10-200 μm0其中ρ包裹型歐姆電極為方形或圓形，面積大于微臺面面積，將ρ型微臺面包裹起來，邊緣落于微臺面下P型薄膜層表面。其中器件臺面深度為本征薄膜層以下50-400nm，臺面形狀為方形或圓形，邊長或半徑大于P型微臺面邊長或半徑20-100 μ m。其中η型歐姆電極為環(huán)形或長條形結(jié)構(gòu)。本專利提供一種具有二次臺面包裹電極的AlGaN紫外探測器，其特點在于ρ型薄膜層刻蝕后為微臺面結(jié)構(gòu)，為P包裹型歐姆電極提供了接觸臺面；器件P型歐姆電極為包裹型，將P型微臺面包裹起來，邊緣落于P型薄膜層上；器件P包裹型歐姆電極利用P型帽層與ρ型AlGaN薄膜層間異質(zhì)結(jié)中的二維空穴氣導(dǎo)電，避免了表面勢壘對載流子的阻礙，提高了器件的外量子效率，同時包裹電極將P型帽層的附加響應(yīng)屏蔽，提高了器件的響應(yīng)抑制比和靈敏度；P型帽層與P型MGaN薄膜層之間的微臺面為器件后續(xù)鈍化提供了二次接觸臺面，提高了鈍化層側(cè)面接觸效果，可進一步減小器件暗電流。


圖1為本專利的具有二次臺面包裹電極的AWaN紫外探測器器件的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1——襯底；2——緩沖層；3——η型薄膜層；4——本征薄膜層；5——ρ型薄膜層；6——ρ型帽層；7——η型歐姆電極；8——ρ包裹型歐姆電極。
具體實施例方式請參閱附圖1，本專利的具有二次臺面包裹電極型AKiaN紫外探測器器件，其器件結(jié)構(gòu)包括一襯底1，該襯底1為藍寶石、硅、碳化硅或氮化鎵材料；一緩沖層2，該緩沖層2生長在襯底1上，為厚度不小于IOnm的AlN或GaN薄膜；一 η型薄膜層3，該η型薄膜層3生長在緩沖層2上，為電子濃度大于1 X IO18CnT3 的AlGaN薄膜；
一本征薄膜層4，該本征薄膜層4生長在η型薄膜層3上，為厚度大于IOOnm小于300nm的AWaN薄膜，Al組分小于或等于η型薄膜層3的Al組分，自由載流子濃度小于 5 X IO16CnT3 ；一 ρ型薄膜層5，該ρ型薄膜層5生長在本征薄膜層4上，為Al組分大于或等于本征薄膜層的AWaN薄膜，厚度為100-200nm，空穴濃度大于1 X IO17cnT3 ；一 ρ型帽層6，該ρ型帽層6生長在ρ型薄膜層5上，為厚度為IO-IOOnm的III-V 族半導(dǎo)體化合物InGaAs、InGaN或AlGaN薄膜，空穴濃度大于1 X 1017cm_3 ；一 η型歐姆電極7，該η型歐姆電極7制備在η型薄膜層3上，為環(huán)形或長條形結(jié)構(gòu)；一 ρ包裹型歐姆電極8，該ρ包裹型歐姆電極8制備在ρ型帽層6上，電極形狀為方形或圓形，邊長或半徑大于P型微臺面的邊長或半徑，邊緣落于P型薄膜層5表面，將P 型帽層6及ρ型薄膜層5上部包裹起來。請再參閱附圖1，本專利的具有二次臺面包裹電極型MGaN紫外探測器器件，其器件制備步驟包括步驟1 在襯底1上依次生長緩沖層2、η型薄膜層3、本征薄膜層4、ρ型薄膜層5 和P型帽層6，該襯底1為為藍寶石、硅、碳化硅或氮化鎵材料；步驟2 將ρ型帽層5和部分ρ型薄膜層5進行刻蝕，形成ρ型微臺面，該ρ型微臺面深度為P型帽層6以下10-40nm，形狀為方形或圓形，邊長或半徑為10-200 μ m ；步驟3 在ρ型微臺面上制備ρ包裹型歐姆電極8，該ρ包裹型歐姆電極8為方形或圓形，將P型微臺面包裹起來，邊緣落于微臺面下P型薄膜層5表面；步驟4 將ρ型薄膜層5和本征薄膜層4進行刻蝕，形成器件臺面，臺面形狀為方形或圓形，邊長或半徑大于P型微臺面邊長或半徑20-100 μ m ；步驟5 在η型薄膜層3上制備η型歐姆電極7，該η型薄膜層3為電子濃度大于 1 X IO18CnT3的AWaN薄膜，該η型歐姆電極7為形狀與方形或圓形器件相對應(yīng)為長條形和環(huán)形結(jié)構(gòu)；步驟6 對器件進行鈍化、劃片、焊接和封裝，完成器件制備。為進一步說明本發(fā)明提出的具有二次臺面包裹電極的AKiaN紫外探測器的結(jié)構(gòu)， 我們以響應(yīng)波段位于MOnmjSOnm的背照射MGaN日盲探測器為例，說明該器件的結(jié)構(gòu)及制備過程，具體如下以藍寶石為襯底1，用MOCVD設(shè)備依次沉積厚度為600nm的AlN低溫緩沖層2、高摻雜η型AlGaN薄膜層3 (Al組分為0. 65，厚度為600nm，電子濃度為1 X IO18CnT3)、 非摻雜本征AlGaN薄膜4 (Al組分為0. 45，厚度為150nm，背景載流子濃度為5 X 1015cm_3)及 P型AlGaN薄膜層5 (Al組分為0. 45，厚度為lOOnm，空穴濃度為1 X IO17CnT3)，最后在ρ型 AlGaN薄膜層5上生長一層厚度為IOnm的空穴濃度為1 X IO17CnT3的GaN薄膜作為ρ型帽層6。利用光刻、刻蝕制備出ρ型微臺面，隨后熱蒸發(fā)低溫沉積P包裹型歐姆電極8 (Ni/Au/ Ni/Au多層，厚度為20歷/20匪/20歷/20歷)，利用光刻、腐蝕、去膠等工藝確定ρ包裹型歐姆電極8圖形，然后再利用光刻、刻蝕制備出器件響應(yīng)臺面，并利用光刻、熱蒸發(fā)技術(shù)制備η型歐姆電極7(Ti/Al/Ti/Au多層電極，厚度為50歷/50歷/30歷/30歷))，完成具有二次臺面包裹電極型AWaN紫外探測器的制備。本專利提出的具有二次臺面包裹電極型AWaN紫外探測器器件，該器件結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的臺面器件結(jié)構(gòu)不同，它具有器件響應(yīng)臺面與P型微臺面兩個臺面，P型AKiaN薄膜層經(jīng)刻蝕工藝后為微臺面結(jié)構(gòu)，P包裹型電極利用P型帽層與P型AWaN薄膜層間的異質(zhì)結(jié)進行空穴導(dǎo)電，避免了 P型材料高功函數(shù)帶來的接觸難題，提高了器件的靈敏度和響應(yīng)率；包裹電極的使用屏蔽了 P型帽層帶來的附加響應(yīng)，有效提高了器件的響應(yīng)抑制比，改善了器件的響應(yīng)特性；二次臺面的使用為厚度鈍化層薄膜的制備提供了良好的工藝基礎(chǔ)，可以有效提高鈍化層的鈍化效果，減小器件暗電流。
權(quán)利要求
1.一種具有二次臺面包裹電極的AKiaN紫外探測器，其結(jié)構(gòu)為在襯底(1)上依次生長緩沖層( 、η型薄膜層( 、本征薄膜層(4)、ρ型薄膜層( 和ρ型帽層(6)，其特征在于所述的襯底(1)采用藍寶石、硅、碳化硅或氮化鎵材料； 所述的緩沖層⑵為厚度不小于IOnm的AlN或GaN薄膜； 所述的η型薄膜層(3)為電子濃度大于1 X IO18CnT3的AWaN薄膜； 所述的本征薄膜層(4)為厚度IOOnnHBOOnm的AWaN薄膜，其中Al組分不大于η型薄膜層(3)中的Al組分，自由載流子濃度小于5 X IO16CnT3 ；所述的P型薄膜層(5)為厚度為100-200nm的AWaN薄膜，其中Al組分不小于本征薄膜層(4)中的Al組分，空穴濃度大于lX1017cm_3 ；所述的P型帽層(6)為厚度為IO-IOOnm的InGaAs、InGaN或AlGaN薄膜，空穴濃度大于 1 X IO17CnT3 ；所述的AWaN紫外探測器為方形或圓形結(jié)構(gòu)，ρ型帽層(6)及以下10-40nm的ρ型薄膜層(5)制作成與器件結(jié)構(gòu)相應(yīng)的方形或圓形的微臺面結(jié)構(gòu)，其邊長或半徑為10-200 μ m， P包裹型歐姆電極(8)將整個微臺面包裹在電極的中間，本征薄膜層(4)和ρ型薄膜層(5) 構(gòu)成器件臺面，其形狀制作成與器件結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的方形或圓形，其邊長或半徑比微臺面的邊長或半徑大20-100 μ m，在η型薄膜層( 上制備有η型歐姆電極(7)其形狀與方形或圓形器件相對應(yīng)為長條形或環(huán)形結(jié)構(gòu)。
2.—種權(quán)利要求1所述器件結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟一在襯底上依次生長緩沖層、η型薄膜層、本征薄膜層、P型薄膜層和P型帽層；步驟二 將P型帽層和部分P型薄膜層進行刻蝕，形成P型微臺面；步驟三在P型微臺面上制備P包裹型歐姆電極；步驟四將P型薄膜層和本征薄膜層進行刻蝕，形成器件臺面；步驟五在η型薄膜層上制備η型歐姆電極；步驟六對器件進行鈍化、劃片、焊接和封裝，完成器件制備。
全文摘要
本專利公開一種具有二次臺面包裹電極的AlGaN紫外探測器器件及制備方法，其結(jié)構(gòu)為在襯底上依次生長，緩沖層、n型薄膜層、本征薄膜層、p型薄膜層和p型帽層，將p型帽層和部分p型薄膜層刻蝕形成p型微臺面，該p型微臺面為方形或圓形；沉積p包裹型歐姆電極，該p包裹型歐姆電極為方形或圓形，將p型微臺面包裹起來，邊緣落于p型微臺面下p型薄膜層表面；將p型薄膜層和本征薄膜層刻蝕形成器件臺面，該器件臺面為方形或圓形，邊長或半徑大于p型微臺面邊長或半徑20-100μm；沉積環(huán)形或長條形n型歐姆電極。本器件的結(jié)構(gòu)有利于提高器件的外量子效率、響應(yīng)抑制比和靈敏度，器件暗電流也得到進一步的降低。
文檔編號H01L31/109GK102201484SQ20111011745
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者喬輝, 劉向陽, 劉福浩, 張燕, 李向陽, 李超, 許金通 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所