CN100479201C - 减小表面态影响的氮化镓基msm结构紫外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器,在本发明提出的新型氮化镓基MSM结构紫外探测器中,在普通的氮化镓基MSM探测器材料结构N--AlxGa1-xN(0≤x<1)上,外延生长一层薄的AlyGa1-yN材料(P型或者N型均可,0≤x<y≤1),当光子能量在N--AlxGa1-xN材料的禁带宽度附近的入射光照射到器件上时,能够透过表面的AlyGa1-yN层,被有源区N--AlxGa1-xN材料层吸收,这样光生载流子只会受到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,这样器件的外量子效率得到了提高。
Description
技术领域
本发明涉及到半导体器件技术领域,特别是指一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器及其制作方法。
背景技术
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MSM(金属-半导体-金属)结构、肖特基结构、pin结构等多种结构的GaN紫外探测器,其中MSM结构由于工艺简单,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半导体表面复合,从而降低了器件的外量子效率,阻碍了器件的实际应用和进一步发展。
发明内容
本发明在于提出了一种新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器,该结构能够减小常规器件结构中表面态对光生载流子复合的问题,从而有效的提高器件的外量子效率。
本发明对普通的氮化镓基MSM结构紫外探测器进行了改进,其特征在于,在氮化镓基MSM探测器材料结构N--AlxGa1-xN(0≤x<1)上,外延生长一层薄的AlyGa1-yN材料(P型或者N型均可,但是其铝组分高于有源区的铝镓氮材料,即0≤x<y≤1,厚度小于100nm),当光子能量在N--AlxGa1-xN材料的禁带宽度附近的入射光照射到器件上时,能够透过表面的AlyGa1-yN层,被有源区N--AlxGa1-xN材料层吸收,这样光生载流子只会受到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,这样器件的外量子效率得到了提高。所以,本发明提出的新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器,能够减小表面态对光生载流子的复合,从而有效的提高了器件的外量子效率。
一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,在普通的氮化镓基MSM结构紫外探测器的材料结构上,生长一层铝组分更高的铝镓氮层,这样可以减小表面态对光生载流子的复合,从而提高器件的外量子效率。
一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,其中包括:
一衬底(10);
一有源层(11),该有源层(11)制作在衬底(10)上;
一覆盖层(12),该覆盖层(12)制作在有源层(11)上;
一肖特基接触电极(13),该肖特基接触电极制作在覆盖层(12)上,其面积小于覆盖层;
其中,覆盖层(12)为铝镓氮材料,P型、N型均可,其铝组分高于有源层(11)的铝组分,如果是N型铝镓氮,则其电子浓度小于1×1017cm-3。
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,有源层(11)为本征铝镓氮材料,其电子浓度小于1×1017cm-3。
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。
一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,包括以下步骤:
(1)在衬底(10)上利用外延生长设备生长有源层(11);
(2)在有源层上生长覆盖层(12);
(3)在覆盖层(12)上制作肖特基接触电极;
(4)将衬底(10)进行减薄,然后进行管芯分割,最后封装在管壳上,制成氮化镓基MSM结构紫外探测器器件。
其中,覆盖层(12)为铝镓氮材料,P型、N型均可,其铝组分高于有源层(11)的铝组分,如果是N型铝镓氮,则其电子浓度小于1×1017cm-3
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,有源层(11)为本征铝镓氮材料,其电子浓度小于1×1017cm-3。
所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。
附图说明
为了进一步说明本发明的内容,以下结合实例及附图详细说明如后,其中:
图1是本发明提出的减小表面态影响的氮化镓MSM结构紫外探测器结构示意图。
图2是两种器件结构的光电流谱模拟计算结果图。
具体实施方式
本发明提出的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制备过程如下(其结构如图1所示):在硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料为衬底10,利用MOCVD、MBE或者其他生长GaN材料的设备生长出器件结构,该结构包括有源区N--AlxGa1-xN层11和Al组分更高的AlyGa1-yN层12(P型、N型均可)。然后用光刻、镀膜等方法先后作出肖特基接触电极13,其中,需要热退火来实现肖特基透明电极和改善肖特基接触特性。最后再进行减薄、分割、压焊、封装成紫外探测器器件。
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的氮化镓MSM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,该结构包括有源区N--GaN层11(厚度为3μm、电子浓度为5×1016cm-3)和N--Al0.1Ga0.9N层(厚度为50nm、电子浓度为5×1016cm-3)。管芯尺寸为300μm×300μm。然后用光刻、镀膜等方法先后作出交叉手指状的肖特基接触电极(Ni/Au电极,其中Ni、Au厚度分别为3nm、5nm),其中,需要在500℃退火5分钟来实现肖特基透明电极和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。
我们对本发明提出的新型的氮化镓MSM结构紫外探测器和普通的MSM结构紫外探测器的性能进行了模拟计算,并进行了对比,结果如下:
图2两种器件结构的光电流谱模拟计算结果。其中,实线表示减小表面态影响的MSM结构探测器的光电流谱,虚线表示普通MSM结构探测器的光电流谱。
从上述的模拟结果来看,相比于普通的MSM结构紫外探测器来说,本发明提出的带有AlGaN覆盖层的新型MSM结构紫外探测器的外量子效率提高了,器件性能得到了改善。
本发明提出了表面盖有更高Al组分AlGaN层的新型GaN基MSM结构紫外探测器,模拟计算表明,该结构能有效的避免表面态对器件性能的影响,能明显的提高器件的外量子效率。
Claims (8)
1、一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,其特征在于,其中包括:
一衬底(10);
一有源层(11),该有源层(11)制作在衬底(10)上;
一覆盖层(12),该覆盖层(12)制作在有源层(11)上;
一肖特基接触电极(13),该肖特基接触电极制作在覆盖层(12)上,其面积小于覆盖层;
其中,覆盖层(12)为铝镓氮材料,P型、N型均可,其铝组分高于有源层(11)的铝组分,如果是N型铝镓氮,则其电子浓度小于1×1017cm-3。
2、根据权利要求1所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,其特征在于,衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
3、根据权利1所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,其特征在于,有源层(11)为本征铝镓氮材料,其电子浓度小于1×1017cm-3。
4、根据权利要求1所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器,其特征在于,肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。
5、一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
在衬底(10)上利用外延生长设备生长有源层(11);
在有源层上生长覆盖层(12);
在覆盖层(12)上制作肖特基接触电极;
将衬底(10)进行减薄,然后进行管芯分割,最后封装在管壳上,制成氮化镓基MSM结构紫外探测器器件;
其中,覆盖层(12)为铝镓氮材料,P型、N型均可,其铝组分高于有源层(11)的铝组分,如果是N型铝镓氮,则其电子浓度小于1×1017cm-3。
6、根据权利要求5所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,其特征在于,衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
7、根据权利要求5所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,其特征在于,有源层(11)为本征铝镓氮材料,其电子浓度小于1×1017cm-3。
8、根据权利要求5所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法,其特征在于,肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。
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