CN101872798A - 一种紫外红外双色探测器及制作方法 - Google Patents

一种紫外红外双色探测器及制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101872798A
CN101872798A CN201010183403A CN201010183403A CN101872798A CN 101872798 A CN101872798 A CN 101872798A CN 201010183403 A CN201010183403 A CN 201010183403A CN 201010183403 A CN201010183403 A CN 201010183403A CN 101872798 A CN101872798 A CN 101872798A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode
ultraviolet
ohmic contact
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201010183403A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101872798B (zh
Inventor
刘宗顺
赵德刚
朱建军
张书明
王辉
江德生
杨辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN2010101834036A priority Critical patent/CN101872798B/zh
Publication of CN101872798A publication Critical patent/CN101872798A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101872798B publication Critical patent/CN101872798B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种紫外红外双色探测器及制作方法。该紫外红外双色探测器包括：一衬底，在该衬底上进行紫外红外双色探测器用材料结构的生长；一缓冲层，生长在衬底之上；一第一n型欧姆接触层，生长在缓冲层之上，用于欧姆接触；由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层；一第二n型欧姆接触层，生长在多周期层之上，部分区域作为n型欧姆接触电极用；一禁带宽度为Eg3的本征层，生长在第二n型欧姆接触层之上，且Eg3≤Eg2；一透明电极，形成于禁带宽度为Eg3的本征层之上；一上电极，形成于透明电极上一小区域；一中电极，形成于第二n型欧姆接触层的电极窗口；以及一下电极，形成于第一n型欧姆接触层的电极窗口。

Description

一种紫外红外双色探测器及制作方法
技术领域
本发明涉及半导体光电探测器技术领域，尤其涉及一种紫外红外双色探测器及制作方法。
背景技术
国内外研制的双色或多色半导体探测器响应波长大多数分布在近、中、远红外范围。受半导体材料体系自身性质的限制，这些探测器无法同时探测紫外波段的辐射。
氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)是直接带隙半导体材料，禁带宽度分别为3.4eV、6.2eV左右。AlGaN合金材料的禁带宽度随着Al组分的增加而增加，对应的吸收峰分布在紫外光范围。利用n+-GaN/i-Al(In)GaN或n+-AlyGa1-yN/i-AlxGa1-xN(x＞y)异质结界面功函数内光电子发射效应可以实现红外探测。所以，GaN基材料(包括GaN、AlGaN、AlInGaN)为紫外红外多色探测器件的制备提供了很好的材料基础。
异质结界面功函数内光电子发射红外探测(heterojunction interfacialworkfunction internal photoemission，HEIWIP)就是利用高掺杂层和非掺杂层(高掺杂层的禁带宽度小于非掺杂层)异质结界面上的功函数差异通过内光电子发射实现红外探测，基本过程包括高掺杂层吸收红外光激发自由载流子，然后自由载流子穿越异质结界面、被加在本征层的电场收集产生电信号达到光探测目的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种紫外红外双色探测器及制作方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种紫外红外双色探测器，包括：
一衬底，在该衬底上进行紫外红外双色探测器用材料结构的生长；
一缓冲层，生长在衬底之上；
一第一n型欧姆接触层，生长在缓冲层之上，用于欧姆接触；
由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层，其中，第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，禁带宽度为Eg1，且为非故意掺杂；重掺杂n型层生长在第一本征层上，禁带宽度为Eg2，且Eg2＜Eg1；
一第二n型欧姆接触层，生长在多周期层之上，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
一禁带宽度为Eg3的本征层，生长在第二n型欧姆接触层之上，且Eg3≤Eg2；
一透明电极，形成于禁带宽度为Eg3的本征层之上；
一上电极，形成于透明电极上一小区域；
一中电极，形成于第二n型欧姆接触层的电极窗口；以及
一下电极，形成于第一n型欧姆接触层的电极窗口。
上述方案中，所述衬底为蓝宝石(Al2O3)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和氮化铝(AlN)等晶体材料中的一种，厚度在80微米至500微米之间。
上述方案中，所述缓冲层生长在衬底上，采用的材料是氮化铝和氮化镓、铝镓氮(AlGaN)、铝铟镓氮(AlInGaN)中的一种，厚度0.02微米至0.1微米。
上述方案中，所述第一n型欧姆接触层生长在缓冲层上，采用的材料是GaN或AlGaN、AlInGaN、AlN，厚度在1.5微米至5微米之间，掺杂浓度n在5×1017至5×1019cm-3，掺入的杂质为si。
上述方案中，所述禁带为Eg1的第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，材料为非故意掺杂的AlxGa1-xN或AlInGaN，电子载流子浓度为5×1015至5×1017cm-3，厚度为0.02至0.4微米。
上述方案中，所述禁带宽度为Eg2的重掺杂n型层生长在禁带宽度为Eg1的第一本征层上，采用的材料为AlyGa1-yN(y＜x)或AlInGaN，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度为0.02至0.4μm微米。
上述方案中，所述由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层为红外敏感区，其周期数为m，m在1～50之间。
上述方案中，所述第二n型欧姆接触层是生长在红外敏感区的多周期顶层上，部分区域将作为n型欧姆接触电极用，采用的材料为AlGaN或AlInGaN，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度在0.1至0.6μm微米之间。
上述方案中，所述禁带宽度为Eg3本征层生长在第二n型欧姆接触层上，采用的材料为GaN、AlGaN或AlInGaN，电子载流子浓度n为5×1015至5×1017cm-3，厚度在0.2至0.6μm微米之间。
上述方案中，当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积薄层金属形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，在p型层上淀积薄层金属形成透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
上述方案中，当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
上述方案中，所述上电极、中电极和下电极构成三电极结构，紫外探测用上电极与中电极，红外探测用中电极与下电极。
上述方案中，所述红外探测用的下电极制作在经刻蚀后露出的第一n型欧姆接触层上，红外探测和紫外探测共用的中电极制作在经刻蚀后露出的第二n型欧姆接触层上，两电极的材料依次为Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～80nm、150～500nm；紫外探测用的上电极制作在透明电极上的一小区域，电极材料依次为Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为5～20nm、5～250nm、30～80nm、150～500nm。
上述方案中，该探测器用于同时探测紫外红外辐射，探测紫外辐射的长波限由紫外敏感区的肖特基势垒结构或p-i-n结构中的本征层的禁带宽度Eg3确定；探测红外辐射的长波限由禁带宽度为Eg1的第一本征层与禁带宽度为Eg2重掺杂n型层构成的异质结界面上的功函数差异ΔIR确定，且Eg2＜Eg1。
一种紫外红外双色探测器的制作方法，包括：
在衬底上生长一缓冲层；
在缓冲层上生长一第一n型欧姆接触层，用于欧姆接触；
在第一n型欧姆接触层上相互交替生长第一本征层与重掺杂n型层，形成多周期顶层；
在多周期顶层生长第二n型欧姆接触层，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
在第二n型欧姆接触层上生长一禁带宽度为Eg3(Eg3≤Eg2＜Eg1)的本征层；
在禁带宽度为Eg3的本征层上形成透明电极；
在透明电极上制作探测器上电极；
在第二n型欧姆接触层的电极窗口形成中电极；以及
在第一n型欧姆接触层的电极窗口形成下电极。
上述方案中，所述由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层为红外敏感区，其周期数为m，m在1～50之间。
上述方案中，所述在禁带宽度为Eg3的本征层上形成透明电极包括：
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；或
当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
上述方案中，所述上电极、中电极和下电极构成三电极结构，紫外探测用上电极与中电极，红外探测用中电极与下电极；所述红外探测用的下电极制作在经刻蚀后露出的第一n型欧姆接触层上，红外探测和紫外探测共用的中电极制作在经刻蚀后露出的第二n型欧姆接触层上，两电极的材料依次为Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～80nm、150～500nm；紫外探测用的上电极制作在透明电极上的一小区域，电极材料依次为Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为5～20nm、5～250nm、30～80nm、150～500nm。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的GaN基紫外红外双色探测器，紫外探测部分采用肖特基势垒结构或pin结构，由于红外辐射在GaN基材料中的穿透深度比紫外要大得多，本征GaN基材料的红外吸收系数也比重掺杂相应材料的小，红外探测采用在紫外吸收区下方的、多周期的n+-GaN/i-AlGaN或n+-AlyGa1-yN/i-AlxGa1-xN(x＞y)作为红外敏感区，采用多周期结构后充分利用HEIWIP效应，提高红外响应。
2、本发明提供的GaN基紫外红外双色探测器，采用三电极结构，即三电极结构中的中电极作为紫外、红外探测的公用电极，上电极和下电极分别作紫外、红外探测的另一电极，实现同时探测紫外、红外辐射。
3、本发明提供的GaN基紫外红外双色探测器，紫外探测区域采用肖特基势垒或pin结构，耗尽区较宽；肖特基势垒结构中采用厚度为4～10nm左右的Ni/Au或Pt/Au做透明电极，对紫外辐射吸收很小；p-i-n结构中顶层p型层可采用比i层禁带宽度大的薄层AlGaN合金材料，对i层材料吸收处于二者禁带宽度之间的紫外辐射来说是一透明窗口；紫外峰值响应度在器件无偏压条件下达到百毫安级/瓦。
4、本发明提供的GaN基紫外红外双色探测器，可以不用对紫外敏感区外加偏压，依靠器件本身的耗尽区电场可以实现紫外探测，即紫外探测部分由于采用肖特基势垒或pin结构，不需要外加偏压而达到探测紫外辐射的目的，可以避免GaN基材料光电导的影响。
5、本发明提供的GaN基紫外红外双色探测器，同时紫外探测部分采用肖特基势垒或pin结构，探测紫外部分具有暗电流小、响应速度快等优点。由于GaN、AlGaN材料对禁带宽度以上的紫外辐射的吸收系数大，达到105/cm数量级，紫外敏感区中的本征GaN或AlGaN对红外敏感区的材料来说是紫外滤波器，从而大大减少紫外辐射对红外敏感区的影响。
附图说明
图1是本发明紫外红外双色探测器肖特基势垒-HEIWIP结构实施例图；
图2是本发明紫外红外双色探测器p-i-n-HEIWIP结构实施例图；
图3是本发明紫外红外双色探测器肖特基势垒-HEIWIP器件结构示意图；
图4是本发明紫外红外双色探测器p-i-n-HEIWIP器件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，为本发明的紫外红外探测器两种材料结构示意图。在紫外红外双色探测器结构中，紫外探测区域采用肖特基势垒或pin结构，放在器件的顶部，红外探测采用多周期的n+-GaN/i-AlGaN或n+AlyGa1-yN/i-AlxGa1-xN(y＜x)作为红外敏感区，充分利用HEIWIP效应，提高红外响应。红外敏感区在器件紫外探测区域的下面，两者之间通过第二n欧姆接触层(n型浓度5×1017cm-3～5×1019cm-3)连接。
本发明提供的紫外红外双色探测器采用三电极结构，如图3、图4所示，包括：
一衬底，在该衬底上进行紫外红外双色探测器用材料结构的生长；
一缓冲层，生长在衬底之上；
一第一n型欧姆接触层，生长在缓冲层之上，用于欧姆接触；
由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层，其中，第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，禁带宽度为Eg1，且为非故意掺杂；重掺杂n型层生长在第一本征层上，禁带宽度为Eg2，且Eg2＜Eg1；
一第二n型欧姆接触层，生长在多周期层之上，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
一禁带宽度为Eg3的本征层，生长在第二n型欧姆接触层之上，且Eg3≤Eg2；
一透明电极，形成于禁带宽度为Eg3的本征层之上；
一上电极，形成于透明电极上一小区域；
一中电极，形成于第二n型欧姆接触层的电极窗口；以及
一下电极，形成于第一n型欧姆接触层的电极窗口。
其中，衬底为蓝宝石、氮化镓、碳化硅和氮化铝中的一种，厚度在80微米至500微米之间。缓冲层生长在衬底上，采用的材料是氮化铝和氮化镓、铝镓氮、铝铟镓氮中的一种，厚度0.02微米至0.1微米。第一n型欧姆接触层生长在缓冲层上，采用的材料是GaN或AlGaN、AlInGaN、AlN，厚度在1.5微米至5微米之间，掺杂浓度n在5×1017至5×1019cm-3，掺入的杂质为si。禁带为Eg1的第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，材料为非故意掺杂的AlxGa1-xN或AlInGaN，电子载流子浓度为5×1015至5×1017cm-3，厚度为0.02至0.4微米。禁带宽度为Eg2的重掺杂n型层生长在禁带宽度为Eg1的第一本征层上，采用的材料为AlyGa1-yN或AlInGaN，y＜x，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度为0.02至0.4μm微米。由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层为红外敏感区，其周期数为m，m在1～50之间。第二n型欧姆接触层是生长在红外敏感区的多周期顶层上，部分区域将作为n型欧姆接触电极用，采用的材料为AlGaN或AlInGaN，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度在0.1至0.6μm微米之间。禁带宽度为Eg3本征层生长在第二n型欧姆接触层上，采用的材料为GaN、AlGaN或AlInGaN，电子载流子浓度n为5×1015至5×1017cm-3，厚度在0.2至0.6μm微米之间。
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积薄层金属形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，在p型层上淀积薄层金属形成透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
上电极、中电极和下电极构成三电极结构，紫外探测用上电极与中电极，红外探测用中电极与下电极。红外探测用的下电极制作在经刻蚀后露出的第一n型欧姆接触层上，红外探测和紫外探测共用的中电极制作在经刻蚀后露出的第二n型欧姆接触层上，两电极的材料依次为Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～80nm、150～500nm；紫外探测用的上电极制作在透明电极上的一小区域，电极材料依次为Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为5～20nm、5～250nm、30～80nm、150～500nm。
该探测器用于同时探测紫外红外辐射，探测紫外辐射的长波限由紫外敏感区的肖特基势垒结构或p-i-n结构中的本征层的禁带宽度Eg3确定；探测红外辐射的长波限由禁带宽度为Eg1的第一本征层与禁带宽度为Eg2重掺杂n型层构成的异质结界面上的功函数差异ΔIR确定，且Eg2＜Eg1。
基于图3和图4示出的紫外红外双色探测器的结构示意图，本发明还提供了一种紫外红外双色探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底上生长一缓冲层；
步骤2：在缓冲层上生长一第一n型欧姆接触层，用于欧姆接触；
步骤3：在第一n型欧姆接触层上相互交替生长第一本征层与重掺杂n型层，形成多周期顶层；
步骤4：在多周期顶层生长第二n型欧姆接触层，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
步骤5：在第二n型欧姆接触层上生长一禁带宽度为Eg3的本征层，Eg3≤Eg2＜Eg1；
步骤6：在禁带宽度为Eg3的本征层上形成透明电极；
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；或当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；
步骤7：在透明电极上制作探测器上电极；
步骤8：在第二n型欧姆接触层的电极窗口形成中电极；以及
步骤9：在第一n型欧姆接触层的电极窗口形成下电极。
实施例：
下面以红外紫外双色探测器采用肖特基势垒-HEIWIP结构为例，其结构是在蓝宝石衬底10上利用MOCVD或MBE设备依次生长AlN或GaN一薄层缓冲层11，厚度在0.02～0.1μm，在缓冲层11生长第一n型欧姆接触层12：n+-AlGaN或GaN，厚度在1.5～5.0μm，掺杂浓度n在5×1017cm-3～5×1019cm-3范围。在第一n型欧姆接触层12上依次生长本征层13/重掺杂层14：i-AlGaN/n+-GaN或i-AlxGa1-xN/n+-AlyGa1-yN(x＞y)，交替生长本征层l3/重掺杂层14形成多周期结构15，其中，i-AlGaN或i-AlxGa1-xN的电子载流子浓度为5×1014～5×1017cm-3，厚度为0.02～0.4μm微米；n+-GaN或n+-AlyGa1-yN的浓度n在5×1017cm-3～5×1019cm-3范围，厚度在厚度为0.02～0.3μm微米。在i-AlGaN/n+-GaN或i-AlxGa1-xN/n+-AlyGa1-yN(x＞y)多周期结构15的顶层上生长第二n欧姆接触层16：n+-GaN或n+-AlyGa1-yN，n在5×1017cm-3～5×1019cm-3范围，厚度在0.1～0.5μm微米范围。在第二n型欧姆接触层16上生长i-GaN或i-AlzGa1-zN非故意掺杂层17，电子载流子浓度为5×1014～5×1017cm-3，厚度在0.2～0.6μm微米之间。当紫外探测采用肖特基势垒结构时，外延生长结束。当紫外探测采用pin结构时，在图2的基础上，接着在非故意掺杂层17生长一层薄层18：p-GaN或p-AlGaN，空穴浓度为1×1015～5×1019cm-3范围，厚度在0.01～0.2μm微米之间。P-i-n-HEIWIP结构如图2所示。器件结构分别如图3、图4所示，其具体制作方法包括以下步骤：
步骤101：经第一次光刻工艺和干法刻蚀露出部分第二n型欧姆接触层16；再经过第二次光刻工艺和干法刻蚀露出部分第一n型欧姆接触层12，以便在其上做欧姆接触电极。
步骤102：经第三次光刻工艺形成透明金属窗口，用电子束镀膜设备或溅射设备依次淀积薄层金属Ni/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，经退火后形成透明电极19。
步骤103：经第四次光刻工艺形成透明电极窗口，用电子束镀膜设备或溅射设备依次淀积金属Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～60nm、150～500nm，形成双色探测器的上电极20。
步骤104：经第五次光刻工艺形成第一、第二重掺杂n型欧姆接触层窗口，用电子束镀膜设备或溅射设备依次淀积金属Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～60nm、150～500nm，形成双色探测器的中电极21、下电极22。
本发明的紫外红外探测器可以探测紫外红外辐射，探测紫外辐射的长波限由紫外探测区的肖特基势垒结构或pin结构中的本征层的禁带宽度Eg3确定；探测红外辐射的长波限由禁带宽度为Eg1的第一本征层与禁带宽度为Eg2(Eg2＜Eg1)重掺杂n型层构成的异质结界面上的功函数差ΔIR确定。
本发明的GaN基紫外红外双色探测器中，紫外探测部分采用肖特基势垒结构或pin结构：当采用肖特基势垒结构时为透明金属电极/本征GaN或者透明金属电极/本征AlGaN；当采用p-i-n结构时为p-(Al)GaN/i-GaN/n-GaN或者p-AlGaN/i-AlyGa1-yN/n+-AlyGa1-yN。紫外吸收区在器件的顶部。由于红外辐射在GaN基材料中的穿透深度比紫外要大得多，本征GaN基材料的红外吸收系数也比重掺杂相应材料的小，红外探测采用在紫外吸收区下方的、多周期的n+-GaN/i-AlGaN或n+-AlyGa1-yN/i-AlxGa1-xN(x＞y)作为红外敏感区，采用多周期结构后充分利用HEIWIP效应，提高红外响应。n+-GaN/i-AlGaN或n+-AlyGa1-yN/i-AlxGa1-xN(x＞y)HEIWIP红外探测器利用高掺杂的n+-GaN与i-AlGaN或高掺杂的n+-AlyGa1-yN与i-AlxGa1-xN构成的异质结界面上的功函数差ΔIR eV，通过高掺杂的GaN或AlyGa1-yN区吸收红外辐射(λ≤1.24/ΔIR μm)实现内光电子发射后穿越异质结界面、被加在本征层AlGaN或i-AlxGa1-xN的电场收集产生电信号而达到红外探测。在本发明的GaN基紫外红外双色探测器中，采用三电极结构，即三电极结构中的中电极作为紫外、红外探测的公用电极，上电极和下电极分别作紫外、红外探测的另一电极，实现同时探测紫外、红外辐射。
本发明的GaN基紫外红外双色探测器中，紫外探测区域采用肖特基势垒或pin结构，耗尽区较宽；肖特基势垒结构中采用厚度为4～10nm左右的Ni/Au或Pt/Au做透明电极，对紫外辐射吸收很小；p-i-n结构中顶层p型层可采用比i层禁带宽度大的薄层AlGaN合金材料，对i层材料吸收处于二者禁带宽度之间的紫外辐射来说是一透明窗口；紫外峰值响应度在器件无偏压条件下达到百毫安级/瓦。所发明的GaN基紫外红外双色探测器，可以不用对紫外敏感区外加偏压，依靠器件本身的耗尽区电场可以实现紫外探测，即紫外探测部分由于采用肖特基势垒或pin结构，不需要外加偏压而达到探测紫外辐射的目的，可以避免GaN基材料光电导的影响；同时紫外探测部分采用肖特基势垒或pin结构，探测紫外部分具有暗电流小、响应速度快等优点。由于GaN、AlGaN材料对禁带宽度以上的紫外辐射的吸收系数大，达到105/cm数量级，紫外敏感区中的本征GaN或AlGaN对红外敏感区的材料来说是紫外滤波器，从而大大减少紫外辐射对红外敏感区的影响。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种紫外红外双色探测器，其特征在于，包括：
一衬底，在该衬底上进行紫外红外双色探测器用材料结构的生长；
一缓冲层，生长在衬底之上；
一第一n型欧姆接触层，生长在缓冲层之上，用于欧姆接触；
由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层，其中，第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，禁带宽度为Eg1，且为非故意掺杂；重掺杂n型层生长在第一本征层上，禁带宽度为Eg2，且Eg2＜Eg1；
一第二n型欧姆接触层，生长在多周期层之上，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
一禁带宽度为Eg3的本征层，生长在第二n型欧姆接触层之上，且Eg3≤Eg2；
一透明电极，形成于禁带宽度为Eg3的本征层之上；
一上电极，形成于透明电极上一小区域；
一中电极，形成于第二n型欧姆接触层的电极窗口；以及
一下电极，形成于第一n型欧姆接触层的电极窗口。
2.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、氮化镓、碳化硅和氮化铝中的一种，厚度在80微米至500微米之间。
3.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述缓冲层生长在衬底上，采用的材料是氮化铝和氮化镓、铝镓氮、铝铟镓氮中的一种，厚度0.02微米至0.1微米。
4.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述第一n型欧姆接触层生长在缓冲层上，采用的材料是GaN或AlGaN、AlInGaN、AlN，厚度在1.5微米至5微米之间，掺杂浓度n在5×1017至5×1019cm-3，掺入的杂质为si。
5.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述禁带为Eg1的第一本征层生长在第一n型欧姆接触层上，材料为非故意掺杂的AlxGa1-xN或AlInGaN，电子载流子浓度为5×1015至5×1017cm-3，厚度为0.02至0.4微米。
6.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述禁带宽度为Eg2的重掺杂n型层生长在禁带宽度为Eg1的第一本征层上，采用的材料为AlyGa1-yN或AlInGaN，y＜x，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度为0.02至0.4μm微米。
7.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层为红外敏感区，其周期数为m，m在1～50之间。
8.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述第二n型欧姆接触层是生长在红外敏感区的多周期顶层上，部分区域将作为n型欧姆接触电极用，采用的材料为AlGaN或AlInGaN，n型掺杂浓度浓度为5×1017至5×1019cm-3，厚度在0.1至0.6μm微米之间。
9.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述禁带宽度为Eg3本征层生长在第二n型欧姆接触层上，采用的材料为GaN、AlGaN或AlInGaN，电子载流子浓度n为5×1015至5×1017cm-3，厚度在0.2至0.6μm微米之间。
10.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积薄层金属形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；
当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，在p型层上淀积薄层金属形成透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
11.根据权利10所述的紫外红外双色探测器，其特征在于：
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；
当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
12.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述上电极、中电极和下电极构成三电极结构，紫外探测用上电极与中电极，红外探测用中电极与下电极。
13.根据权利12所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，所述红外探测用的下电极制作在经刻蚀后露出的第一n型欧姆接触层上，红外探测和紫外探测共用的中电极制作在经刻蚀后露出的第二n型欧姆接触层上，两电极的材料依次为Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～80nm、150～500nm；紫外探测用的上电极制作在透明电极上的一小区域，电极材料依次为Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为5～20nm、5～250nm、30～80nm、150～500nm。
14.根据权利1所述的紫外红外双色探测器，其特征在于，该探测器用于同时探测紫外红外辐射，探测紫外辐射的长波限由紫外敏感区的肖特基势垒结构或p-i-n结构中的本征层的禁带宽度Eg3确定；探测红外辐射的长波限由禁带宽度为Eg1的第一本征层与禁带宽度为Eg2重掺杂n型层构成的异质结界面上的功函数差异ΔIR确定，且Eg2＜Eg1。
15.一种紫外红外双色探测器的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上生长一缓冲层；
在缓冲层上生长一第一n型欧姆接触层，用于欧姆接触；
在第一n型欧姆接触层上相互交替生长第一本征层与重掺杂n型层，形成多周期顶层；
在多周期顶层生长第二n型欧姆接触层，部分区域作为n型欧姆接触电极用；
在第二n型欧姆接触层上生长一禁带宽度为Eg3的本征层，Eg3≤Eg2＜Eg1；
在禁带宽度为Eg3的本征层上形成透明电极；
在透明电极上制作探测器上电极；
在第二n型欧姆接触层的电极窗口形成中电极；以及
在第一n型欧姆接触层的电极窗口形成下电极。
16.根据权利15所述的紫外红外双色探测器的制作方法，其特征在于，所述由相互交替生长的第一本征层与重掺杂n型层构成的多周期层为红外敏感区，其周期数为m，m在1～50之间。
17.根据权利15所述的紫外红外双色探测器的制作方法，其特征在于，所述在禁带宽度为Eg3的本征层上形成透明电极包括：
当紫外探测部分采用肖特基势垒结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上淀积的薄层金属是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成肖特基势垒和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区；或
当紫外探测部分采用p-i-n结构时，在禁带宽度为Eg3的本征层上生长一p型层，材料是GaN或AlGaN、AlInGaN，厚度0.01～0.2微米，p型掺杂浓度在5×1016～5×1019cm-3；在p型层上淀积薄层金属，金属材料是Ni/Au或Pt/Au，厚度分别为2～5nm/2～5nm，在氮氧混合气体氛围500℃下退火1～5分钟形成p型欧姆接触和透明电极，禁带宽度为Eg3的本征层为紫外敏感区。
18.根据权利15所述的紫外红外双色探测器的制作方法，其特征在于，
所述上电极、中电极和下电极构成三电极结构，紫外探测用上电极与中电极，红外探测用中电极与下电极；
所述红外探测用的下电极制作在经刻蚀后露出的第一n型欧姆接触层上，红外探测和紫外探测共用的中电极制作在经刻蚀后露出的第二n型欧姆接触层上，两电极的材料依次为Ti/Al/Ti/Au，厚度分别为10～20nm、150～250nm、30～80nm、150～500nm；紫外探测用的上电极制作在透明电极上的一小区域，电极材料依次为Ni/Au/Ti/Au，厚度分别为5～20nm、5～250nm、30～80nm、150～500nm。
CN2010101834036A 2010-05-19 2010-05-19 一种紫外红外双色探测器及制作方法 Expired - Fee Related CN101872798B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101834036A CN101872798B (zh) 2010-05-19 2010-05-19 一种紫外红外双色探测器及制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101834036A CN101872798B (zh) 2010-05-19 2010-05-19 一种紫外红外双色探测器及制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101872798A true CN101872798A (zh) 2010-10-27
CN101872798B CN101872798B (zh) 2012-04-25

Family

ID=42997559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101834036A Expired - Fee Related CN101872798B (zh) 2010-05-19 2010-05-19 一种紫外红外双色探测器及制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101872798B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102332456A (zh) * 2011-10-11 2012-01-25 清华大学 光探测器集成器件及制备方法
CN103247637A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外探测器及其制作方法
CN103258869A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 哈尔滨工业大学 基于氧化锌材料的紫外红外双色探测器及其制作方法
CN103646986A (zh) * 2013-12-26 2014-03-19 中国科学院半导体研究所 一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及制作方法
CN104051561A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 东南大学 一种氮化镓基紫外雪崩光电探测器
CN104701393A (zh) * 2015-03-13 2015-06-10 上海集成电路研发中心有限公司 双波段光电探测器及其制备方法
CN103208565B (zh) * 2013-04-17 2015-09-16 中国电子科技集团公司第十一研究所 双色红外探测器材料及其制备方法
CN108470793A (zh) * 2018-02-26 2018-08-31 厦门大学 紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器
CN108807588A (zh) * 2018-06-15 2018-11-13 杭州国翌科技有限公司 单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器
CN109935655A (zh) * 2019-04-03 2019-06-25 南京紫科光电科技有限公司 一种AlGaN/SiC双色紫外探测器
CN110544731A (zh) * 2019-09-05 2019-12-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种紫外探测器及其制备方法
CN112670357A (zh) * 2020-12-30 2021-04-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种紫外/红外双色探测器及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904161B (zh) * 2014-03-25 2016-04-13 中国科学院半导体研究所 双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136168A (en) * 1989-12-06 1992-08-04 Kaman Aerospace Corporation Atomic resonance filter detector employing inert buffer gas
US6198801B1 (en) * 1998-02-23 2001-03-06 U.S. Philips Corporation X-ray examination apparatus including exposure control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136168A (en) * 1989-12-06 1992-08-04 Kaman Aerospace Corporation Atomic resonance filter detector employing inert buffer gas
US6198801B1 (en) * 1998-02-23 2001-03-06 U.S. Philips Corporation X-ray examination apparatus including exposure control

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102332456B (zh) * 2011-10-11 2013-09-04 清华大学 光探测器集成器件及制备方法
CN102332456A (zh) * 2011-10-11 2012-01-25 清华大学 光探测器集成器件及制备方法
CN103208565B (zh) * 2013-04-17 2015-09-16 中国电子科技集团公司第十一研究所 双色红外探测器材料及其制备方法
CN103247637B (zh) * 2013-04-27 2015-08-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外探测器及其制作方法
CN103247637A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外探测器及其制作方法
CN103258869A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 哈尔滨工业大学 基于氧化锌材料的紫外红外双色探测器及其制作方法
CN103646986A (zh) * 2013-12-26 2014-03-19 中国科学院半导体研究所 一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及制作方法
CN103646986B (zh) * 2013-12-26 2016-08-17 中国科学院半导体研究所 一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及制作方法
CN104051561A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 东南大学 一种氮化镓基紫外雪崩光电探测器
CN104051561B (zh) * 2014-07-04 2016-08-24 东南大学 一种氮化镓基紫外雪崩光电探测器
CN104701393A (zh) * 2015-03-13 2015-06-10 上海集成电路研发中心有限公司 双波段光电探测器及其制备方法
CN108470793A (zh) * 2018-02-26 2018-08-31 厦门大学 紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器
CN108470793B (zh) * 2018-02-26 2023-12-08 厦门大学 紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器
CN108807588A (zh) * 2018-06-15 2018-11-13 杭州国翌科技有限公司 单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器
CN109935655A (zh) * 2019-04-03 2019-06-25 南京紫科光电科技有限公司 一种AlGaN/SiC双色紫外探测器
CN109935655B (zh) * 2019-04-03 2024-02-06 南京紫科光电科技有限公司 一种AlGaN/SiC双色紫外探测器
CN110544731A (zh) * 2019-09-05 2019-12-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种紫外探测器及其制备方法
WO2021042626A1 (zh) * 2019-09-05 2021-03-11 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种紫外探测器及其制备方法
CN112670357A (zh) * 2020-12-30 2021-04-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种紫外/红外双色探测器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101872798B (zh) 2012-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101872798B (zh) 一种紫外红外双色探测器及制作方法
Alaie et al. Recent advances in ultraviolet photodetectors
CN106960887B (zh) 一种铝镓氮基日盲紫外探测器及其制备方法
CN106711253B (zh) 一种iii族氮化物半导体雪崩光电二极管探测器
CN108305911B (zh) 吸收、倍增层分离结构的ⅲ族氮化物半导体雪崩光电探测器
CN104282793A (zh) 一种三台面p-π-n结构III族氮化物半导体雪崩光电探测器及其制备方法
CN107863403B (zh) 一种高线性增益红外雪崩光电二极管及其制备方法
CN109119508B (zh) 一种背入射日盲紫外探测器及其制备方法
CN110660882B (zh) 一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法
CN112038448B (zh) 一种AlGaN单极载流子日盲紫外探测器及其制备方法
CN109686809B (zh) 一种iii族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法
CN103258869A (zh) 基于氧化锌材料的紫外红外双色探测器及其制作方法
CN105655437A (zh) 一种紫外雪崩光电探测器
US8350290B2 (en) Light-receiving device and manufacturing method for a light-receiving device
CN109285914B (zh) 一种AlGaN基紫外异质结光电晶体管探测器及其制备方法
CN112713183A (zh) 气体传感器的制备方法及气体传感器
CN111106204B (zh) 基于ⅲ-ⅴ族半导体高电子迁移率晶体管的日盲紫外探测器及制作方法
JP2007311475A (ja) 半導体光検出器
US11495707B2 (en) AlGaN unipolar carrier solar-blind ultraviolet detector and manufacturing method thereof
CN107393983B (zh) 含极化调控层的氮化物量子阱红外探测器及其制备方法
WO2022149788A1 (ko) 고효율 질화물계 광 검출기
Jiang et al. Visible-blind metal-semiconductor-metal photodetectors based on undoped AlGaN/GaN high electron mobility transistor structure
CN114678439B (zh) 一种对称叉指结构的2deg紫外探测器及制备方法
JP2007123587A (ja) 受光素子
CN113113506B (zh) 一种iii族氮化物增益型光电探测器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120425

Termination date: 20130519