基于GaN的光電集成器件及其外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于GaN的光電集成器件及其外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN(氮化鎵)作為第三代半導(dǎo)體的典型代表，具有高功率、高效率、高工作溫度等特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于電力轉(zhuǎn)換、微波通信等各個(gè)領(lǐng)域。目前，太空通信、長(zhǎng)距離的無(wú)線傳感大多采用微波通信方式。
[0003]GaN基PIN光電探測(cè)器具有以下優(yōu)點(diǎn):不吸收可見光，不需要濾光系統(tǒng)，可探測(cè)紫外光；不需要做成淺結(jié)，可大大提高量子效率；耐高溫，抗輻射能力強(qiáng)，可在極端環(huán)境下正常工作。因此，GaN基PIN光電探測(cè)器可廣泛應(yīng)用于宇宙探測(cè)、火災(zāi)預(yù)警、海面漏油探測(cè)、工業(yè)溫度控制等領(lǐng)域，而這些領(lǐng)域一直以來(lái)是人們關(guān)注的重點(diǎn)。
[0004]為了進(jìn)一步增加芯片功能，提高集成度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低尺寸和成本，目前采用光集成技術(shù)。光光集成和光電集成是光集成技術(shù)的兩種方式。光光集成以集成光路為代表，從體結(jié)構(gòu)的組合到以光波導(dǎo)形式實(shí)現(xiàn)光調(diào)制器和光開關(guān)等。光電集成指光子器件和電子器件均集成在同一襯底上得到光電集成電路。光光集成相對(duì)難度較小，而光電集成由于涉及結(jié)構(gòu)兼容性、材料兼容性、工藝兼容性等一系列問(wèn)題，一直是研宄難點(diǎn)和重點(diǎn)。而將GaN基PIN光電探測(cè)器與GaN基HEMT (高功率電子迀移晶體管)集成在一起，使得以下無(wú)線探測(cè)技術(shù)路線成為可能:由PIN光電探測(cè)器作為紫外光探測(cè)器，進(jìn)行太空探測(cè)、海面漏油探測(cè)、工業(yè)溫度控制、火災(zāi)預(yù)警等安防探測(cè)，最后由晶圓級(jí)集成的GaN基HEMT將信號(hào)放大后通過(guò)天線發(fā)射出去，以傳遞相關(guān)信息。
[0005]然而，GaN雖然在快速發(fā)展，但是僅為短短10年，加之光電集成難度較大，因此，目前GaN基PIN光電探測(cè)器方面的研宄剛剛興起，亟需在GaN基PIN光電探測(cè)器與GaN基HEMT的光電集成方面取得突破。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于GaN的光電集成器件及其外延結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)GaN基PIN光電探測(cè)器與GaN基HEMT之間的集成。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種基于GaN的光電集成器件，包括:襯底；成核層，所述成核層形成在所述襯底上；GaN溝道層，所述GaN溝道層形成在所述成核層上；AlGaN肖特基勢(shì)皇層，所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層形成在所述GaN溝道層上，且所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；隔離區(qū)，所述隔離區(qū)從所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內(nèi)部；其中，在所述隔離區(qū)一側(cè)的所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層上由下而上依次形成有器件隔離層、N+-GaN層、1-AlGaN層、P-AlGaN層和P+-GaN層，所述N+-GaN層上形成有N型電極，所述P+-GaN層上形成有P型電極，在所述隔離區(qū)另一側(cè)的所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層上形成有柵電極、源電極和漏電極，并且所述N型電極與所述N+-GaN層之間、所述P型電極與所述P+-GaN層之間以及所述源電極和漏電極與所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層之間均形成歐姆接觸。
[0008]優(yōu)選地，所述襯底的厚度為50?1000微米，且所述襯底材料為S1、SiC, GaN,Diamond和藍(lán)寶石中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選地，所述成核層的厚度為10?500納米，且所述成核層材料為AlN和/或AlGaN0
[0010]優(yōu)選地，所述GaN溝道層的厚度為I?3微米，且所述GaN溝道層與所述成核層構(gòu)成異質(zhì)結(jié)。
[0011]優(yōu)選地，所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層的厚度5?200納米，所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層與所述GaN溝道層構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，且所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層中AlGaN的化學(xué)式為AlxGai_xN，其中，X為0.1?0.5。
[0012]優(yōu)選地，所述器件隔離層的厚度為20?1000納米，且所述器件隔離層材料為氮化物介質(zhì)薄膜。
[0013]優(yōu)選地，所述N+-GaN層的厚度為500?1500納米，摻雜濃度大于或等于I X 1017cm_3;所述P+-GaN層的厚度小于或等于50納米，摻雜濃度大于或等于lX1018cm_3。
[0014]優(yōu)選地，所述1-AlGaN層的厚度為100?1500納米，雜質(zhì)濃度小于或等于I X 116Cm-3,且所述1-AlGaN層中AlGaN的化學(xué)式為AlyGa1^N,其中，Y為O?I。
[0015]優(yōu)選地，所述P-AlGaN層的厚度為50?800納米，摻雜濃度大于或等于I X 1017cnT3，且所述P-AlGaN層中AlGaN的化學(xué)式為AlzGa1^N,其中，Z為0.1?0.5。
[0016]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的另一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種基于GaN的光電集成器件的外延結(jié)構(gòu)，包括由下而上依次形成的襯底、成核層、GaN溝道層、AlGaN肖特基勢(shì)皇層、器件隔離層、N+-GaN層、1-AlGaN層、P-AlGaN層和P+-GaN層，其中，所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣。
[0017]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)在同一襯底上集成GaN基PIN光電探測(cè)器和GaN基HEMT，并通過(guò)隔離區(qū)隔離，從而能夠?qū)崿F(xiàn)GaN基PIN光電探測(cè)器與GaN基HEMT之間的集成，可以增加芯片功能，提高集成度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低尺寸和成本。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例基于GaN的光電集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2?圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例基于GaN的光電集成器件的制備流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0021]請(qǐng)參見圖1，是本實(shí)用新型實(shí)施例基于GaN的光電集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例的基于GaN的光電集成器件包括:襯底10、成核層20、GaN溝道層30、AlGaN肖特基勢(shì)皇層40、隔離區(qū)50、器件隔離層60、N+-GaN層70、1-AlGaN層80、P-AlGaN層90和P+-GaN 層 100。
[0022]成核層20形成在襯底10上。GaN溝道層30形成在成核層20上。AlGaN肖特基勢(shì)皇層40形成在GaN溝道層30上，且AlGaN肖特基勢(shì)皇層40和GaN溝道層30之間形成二維電子氣31。隔離區(qū)50從AlGaN肖特基勢(shì)皇層40的上表面嵌入延伸至GaN溝道層30內(nèi)部。其中，可以采用注入離子方式注入離子形成隔離區(qū)50或者采用刻蝕工藝形成刻蝕出隔離區(qū)50，隔離區(qū)50將AlGaN肖特基勢(shì)皇層40和二維電子氣31隔離為相互絕緣的兩部分。
[0023]其中，在隔離區(qū)50 —側(cè)的AlGaN肖特基勢(shì)皇層40上由下而上依次形成有器件隔離層 60、N+-GaN 層 70、1-AlGaN 層 80、P-AlGaN 層 90 和 P+-GaN 層 100。N+-GaN 層 70 上形成有N型電極71 ,P+-GaN層100上形成有P型電極101。在隔離區(qū)50另一側(cè)的AlGaN肖特基勢(shì)皇層40上形成有柵電極41、源電極42和漏電極43，并且N型電極71與N+-GaN層70之間、P型電極101與P+-GaN層100之間以及源電極42和漏電極43與AlGaN肖特基勢(shì)皇層40之間均形成歐姆接觸。其中，N型電極71和P型電極101均為兩個(gè)，兩個(gè)N型電極71分別位于1-AlGaN層80兩側(cè)的N+-GaN層70上。源電極42位于隔離區(qū)50和漏電極43之間，柵電極41位于源電極42和漏電極43之間。
[0024]在本實(shí)施例中，襯底10的厚度為50?1000微米，且襯底10材料為S1、SiC、GaN、Diamond和藍(lán)寶石中的一種或多種。襯底10主要作用為基礎(chǔ)支撐。
[0025]成核層20的厚度為10?500納米，且成核層20材料為AlN和/或AlGaN。成核層20主要作用是封閉來(lái)自襯底10的缺陷，減小襯底10對(duì)產(chǎn)品的影響。
[0026]GaN溝道層30的厚度為I?3微米，且GaN溝道層30與成核層20構(gòu)成異質(zhì)結(jié)。
[0027]AlGaN肖特基勢(shì)皇層40的厚度5?200納米，AlGaN肖特基勢(shì)皇層40與GaN溝道層30構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，且AlGaN肖特基勢(shì)皇層40中AlGaN的化學(xué)式為AlxGai_xN，其中，X為0.1 ?0.5o
[0028]器件隔離層60的厚度為20?1000納米，且器件隔離層60材料為氮化物介質(zhì)薄膜，氮化物包括但不限于AlN和SiN。也就是說(shuō)，氮化物可以為A1N、SiN中的一種，也可以同時(shí)包含兩種。
[0029]N+-GaN層70的厚度為500?1500納米，摻雜濃度大于或等于I X 11WiP +-GaN層100的厚度小于或等于50納米，摻雜濃度大于或等于lX1018cm_3。
[0030]1-AIGaN層80的厚度為100?1500納米，雜質(zhì)濃度小于或等于I X 116Cm-3,且1-AlGaN層80中AlGaN的化學(xué)式為AlYGai_YN，其中，Y為O?I ;P_AlGaN層90的厚度為50?800納米，摻雜濃度大于或等于I X 1017cnT3，且P-AlGaN層90中AlGaN的化學(xué)式為AlzGa1J,其中，Z為0.1?0.5。
[0031]下面將結(jié)合本實(shí)施例的光電集成器件說(shuō)明該光電集成器件的制備方法，請(qǐng)參見圖2至圖6，該制備方法包括以下步驟:
[0032]S1:在襯底10上由