CN101640227B - 具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器及其制备方法，属于半导体器件技术领域。所述探测器包括蓝宝石衬底，以及在所述蓝宝石衬底上依次排列生长的AlN缓冲层、n型Al0.65Ga0.35N层、i型Al0.45Ga0.55N层、p型Al0.45Ga0.55N层和n型Al0.45Ga0.55N层，在所述n型Al0.45Ga0.55N层上设置有第一上电极，在所述n型Al0.65Ga0.35N层上设置有第二上电极。本发明具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器能够对微弱的光电流信号进行放大，从而实现信号增益，提高器件的响应率。
Description
技术领域
本发明涉及一种日盲型AlGaN紫外探测器，尤其涉及一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器，属于半导体器件技术领域。
背景技术
GaN基三元系合金AlxGa1-xN，属于直接带隙半导体，随着Al组分由0～1的变化其带隙在3.4电子伏特～6.2电子伏特之间连续变化(GaN的带隙3.4电子伏特，AlN的带隙6.2电子伏特)，其带隙变化对应的波长范围为200纳米～365纳米，覆盖了地球上大气臭氧层吸收光谱区(240纳米～280纳米，又称日盲区)，因此是制作太阳盲区紫外探测器的理想材料之一。由于日盲区紫外探测器在导弹制导和导弹预警防御系统等在军事上具有重要的用途，使得AlGaN日盲紫外光探测器方面的研究得到了快速地发展。但是，由于制备日盲波段的紫外探测器需要高Al组分的AlGaN材料，240纳米的截止波长对应AlGaN中的Al组分为65％，280纳米的截止波长对应的AlGaN中的Al组分为45％，而高质量的高Al组分的AlGaN材料的生长和掺杂目前仍然存在很多问题，特别是制备具有器件结构的材料难度较大，其原因不仅在于传统的MOCVD生长方法中晶格失配大、各种反应过程复杂且难以控制，而且材料禁带宽度变宽、掺杂的激活效率变低等，这极大地限制了AlGaN日盲紫外探测器性能的提高。因此，研究人员从各个角度积极地寻求能够获得高增益的日盲紫外探测器。
发明内容
本发明针对现有日盲型AlGaN紫外探测器不能够获得高增益的不足，提供了一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器，包括蓝宝石衬底，以及在所述蓝宝石衬底上依次排列生长的AlN缓冲层、n型Al0.65Ga0.35N层、i型Al0.45Ga0.55N层、p型Al0.45Ga0.55N层和n型Al0.45Ga0.55N层，在所述n型Al0.45Ga0.55N层上设置有第一上电极，在所述n型Al0.65Ga0.35N层上设置有第二上电极。
进一步，所述AlN缓冲层的厚度为100纳米～300纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层的厚度为700纳米～1000纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层的厚度为150纳米～250纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层的厚度为100纳米～150纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层的厚度为300纳米～500纳米。
进一步，所述第一上电极和所述第二上电极均为钛铝电极。
本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案：一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤10：在蓝宝石衬底上依次排列生长AlN缓冲层、n型Al0.65Ga0.35N层、i型Al0.45Ga0.55N层、p型Al0.45Ga0.55N层和n型Al0.45Ga0.55N层，所述AlN缓冲层的厚度为100纳米～300纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层的厚度为700纳米～1000纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层的厚度为150纳米～250纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层的厚度为100纳米～150纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层的厚度为300纳米～500纳米；
步骤20：采用感应耦合等离子体刻蚀技术从所述n型Al0.45Ga0.55N层刻蚀至所述n型Al0.65Ga0.35N层，使所述n型Al0.65Ga0.35N层露出；
步骤30：在所述n型Al0.45Ga0.55N层和所述n型Al0.65Ga0.35N层上同时旋涂光刻胶后，通过光刻形成电极图案，再采用电子束沉积生长电极，最后进行热退火形成第一上电极和第二上电极，所述第一上电极和所述第二上电极均为钛铝电极。
本发明的有益效果是：本发明具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器能够对微弱的光电流信号进行放大，从而实现信号增益，提高了器件的响应率。
附图说明
图1为本发明实施例具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的制备方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的结构示意图。如图1所示，所述探测器包括蓝宝石衬底101，以及在所述蓝宝石衬底101上依次排列生长的AlN缓冲层102、n型Al0.65Ga0.35N层103、i型Al0.45Ga0.55N层104、p型Al0.45Ga0.55N层105和n型Al0.45Ga0.55N层106，在所述n型Al0.45Ga0.55N层106上设置有第一上电极107，在所述n型Al0.65Ga0.35N层103上设置有第二上电极108。
所述AlN缓冲层102的厚度为200纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层103的厚度为700纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层104的厚度为200纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层105的厚度为100纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层106的厚度为400纳米。所述第一上电极107和所述第二上电极108均为钛铝电极。
由于背照式受光模式有利于大面积焦平面器件的集成封装，因此本发明探测器的结构用于背照射方式。所述探测器结构属于双极型晶体管的二端器件(基极悬空)。其中，所述n型Al0.65Ga0.35N层103生长于双抛光的蓝宝石衬底101上的AlN缓冲层102上，所述i型Al0.45Ga0.55N层104和所述n型Al0.65Ga0.35N层103为集电极，所述p型Al0.45Ga0.55N层105作为基极，所述n型Al0.45Ga0.55N层106作为发射极。本发明探测器的基本工作原理如下：光从所述n型Al0.65Ga0.35N层103入射至耗尽层i型Al0.45Ga0.55N层104，在所述p型Al0.45Ga0.55N层105和所述i型Al0.45Ga0.55N层104之间形成的pi结的内建电场下(对于AlGaN材料，i型呈弱n型)，光子激发的电子空穴对被分开，电子漂移至集电极，空穴漂移至基极。空穴在基极的积累降低了所述p型Al0.45Ga0.55N层105的势垒，使得电子从所述发射极n型Al0.45Ga0.55N层106注入，经过基极最后从集电极流出，从而形成了光电流的增益。在这种光敏晶体管中，基极的小电流注入由光生电流代替，因此将基极悬空，不外接入信号，光生空穴会在发射极积累，无法排空，直到被来自发射极的注入的电子复合才会消失，因此在要求快速响应的情况下，需在发射极加入一脉冲偏压，就能够将空穴及时排走。
图2为本发明实施例具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的制备方法流程图。如图2所示，在结合图1的基础上，所述制备方法包括以下步骤：
步骤10：在蓝宝石衬底101上依次排列生长AlN缓冲层102、n型Al0.65Ga0.35N层103、i型Al0.45Ga0.55N层104、p型Al0.45Ga0.55N层105和n型Al0.45Ga0.55N层106，所述AlN缓冲层102的厚度为100纳米～300纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层103的厚度为700纳米～1000纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层104的厚度为150纳米～250纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层105的厚度为100纳米～150纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层106的厚度为300纳米～500纳米。
步骤20：采用感应耦合等离子体刻蚀技术从所述n型Al0.45Ga0.55N层106刻蚀至所述n型Al0.65Ga0.35N层103，使所述n型Al0.65Ga0.35N层103露出。
步骤30：在所述n型Al0.45Ga0.55N层106和所述n型Al0.65Ga0.35N层103上同时旋涂光刻胶后，通过光刻形成电极图案，再采用电子束沉积生长电极，最后进行热退火形成第一上电极107和第二上电极108，所述第一上电极107和所述第二上电极108均为钛铝电极。
在所述n型Al0.45Ga0.55N层106和所述n型Al0.65Ga0.35N层103上旋涂的光刻胶的厚度为1.4微米～1.6微米，优选地，所述光刻胶的厚度为1.5微米；最后进行的快速热退火可以在半导体层和金属电极之间形成欧姆接触，其中，所述退火温度为800℃～900℃，优选地，所述退火温度为850℃，所述热退火时间为30秒～60秒，优选地，所述热退火时间为50秒。
本发明探测器制备方法的难度低于基于AlGaN材料的pin型光电二极管。这是因为，一方面在日盲波段，AlGaN pin型探测器中需要制备高Al组分的p型AlGaN(Al含量45％)的欧姆接触，而由于AlGaN材料的功函数很高(如p型GaN：7.5电子伏特)，难以找到合适的功函数金属，通常较高的功函数的金属为Pt，其功函数为5.65电子伏特。另一方面，由于较高的Al含量，AlGaN表面极易被氧化，而在形成p型AlGaN材料的欧姆接触的工艺中，即在高温退火的过程中，形成的氧杂质在AlGaN材料中呈施主特性，对p型层进行补偿，从而降低空穴浓度，不利于p型AlGaN材料的欧姆接触的制备。以上两个方面使得高Al组分的p型AlGaN层的欧姆接触的实现非常困难。在本发明具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器中，由于基极悬空，两个欧姆接触电极都在n型层上实现，其难度相对在p型AlGaN层上形成欧姆接触的难度低，可以有效地降低器件的串联电阻，有利于提高器件的性能。同时，由于都在n型层上生长欧姆接触，只需进行一次电极的生长就可以同时完成欧姆接触的工艺，因此采用该器件结构使得制备的难度降低，工艺得到了简化。
通过本发明具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器的制备方法制备的具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器能够对微弱的光电流信号进行放大，从而实现信号增益，提高了器件的响应率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器，其特征在于，包括蓝宝石衬底(101)，以及在所述蓝宝石衬底(101)上依次排列生长的AlN缓冲层(102)、n型Al0.65Ga0.35N层(103)、i型Al0.45Ga0.55N层(104)、p型Al0.45Ga0.55N层(105)和n型Al0.45Ga0.55N层(106)，在所述n型Al0.45Ga0.55N层(106)上设置有第一上电极(107)，在所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)上设置有第二上电极(108)，所述AlN缓冲层(102)的厚度为100纳米～300纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)的厚度为700纳米～1000纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层(104)的厚度为150纳米～250纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层(105)的厚度为100纳米～150纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层(106)的厚度为300纳米～500纳米。
2.根据权利要求1所述的具有自增益的日盲型AlGaN紫外探测器，其特征在于，所述第一上电极(107)和所述第二上电极(108)均为钛铝电极。
3.一种具有自增益的日盲型Al GaN紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤10：在蓝宝石衬底(101)上依次排列生长AlN缓冲层(102)、n型Al0.65Ga0.35N层(103)、i型Al0.45Ga0.55N层(104)、p型Al0.45Ga0.55N层(105)和n型Al0.45Ga0.55N层(106)，所述AlN缓冲层(102)的厚度为100纳米～300纳米，所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)的厚度为700纳米～1000纳米，所述i型Al0.45Ga0.55N层(104)的厚度为150纳米～250纳米，所述p型Al0.45Ga0.55N层(105)的厚度为100纳米～150纳米，所述n型Al0.45Ga0.55N层(106)的厚度为300纳米～500纳米；
步骤20：采用感应耦合等离子体刻蚀技术从所述n型Al0.45Ga0.55N层(106)刻蚀至所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)，使所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)露出；
步骤30：在所述n型Al0.45Ga0.55N层(106)和所述n型Al0.65Ga0.35N层(103)上同时旋涂光刻胶后，通过光刻形成电极图案，再采用电子束沉积生长电极，最后进行热退火形成第一上电极(107)和第二上电极(108)，所述第一上电极(107)和所述第二上电极(108)均为钛铝电极。
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| CN1913178A (zh) * | 2006-08-29 | 2007-02-14 | 南京大学 | AlGaN基共振增强单色紫外探测器结构和生长方法 |
Non-Patent Citations (2)
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| JP特开2004-39914A 2004.02.05 |
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