CN102244146A

CN102244146A - 不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵

Info

Publication number: CN102244146A
Application number: CN2011101842183A
Authority: CN
Inventors: 王晓勇; 种明; 苏艳梅
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102244146B

Abstract

一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，包括：在衬底上依次生长缓冲层、n型掺杂层、i型有源层和p型掺杂层；在其两侧向下进行刻蚀，刻蚀到达n型掺杂层内；在其表面沉积氮化硅层；去除p型掺杂层表面的部分氮化硅层和n型掺杂层上的部分氮化硅层并制作n型欧姆接触金属层，在去除部分氮化硅层的p型掺杂层上制作p型欧姆接触金属层，形成基片；在基片的表面沉积一层二氧化硅层；在二氧化硅层的最上面光刻，腐蚀露出面阵四个边缘的n型欧姆接触金属层，腐蚀露出p型欧姆接触金属层；在面阵四个边缘露出的n型欧姆接触金属层和p型欧姆金属层引线孔内及部分二氧化硅层的表面制作加厚金属层；将衬底减薄、抛光，进行管芯分割，完成探测器面阵制作。

Description

不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别是指一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵及其制作方法。

背景技术

紫外探测技术是一项应用十分广泛的技术，在公安侦察、明火探测、太阳照度监测、生物医药分析、臭气监测、海上油监等民事方面和生化武器监测、飞行器制导、导弹预警、秘密通信等军事方面都有着十分重要的应用。

GaN基材料属直接带隙半导体，具有较大的禁带完度，其三元合金AlGaN的禁带宽度随Al组分的变化可在3.14-6.12eV之间连续变化，对应的光谱范围可在200-365nm之间连续变化。因此，GaN基材料是制作紫外探测器的最理想材料之一。GaN基材料作为第三代半导体材料，还具有电子饱和速度高，介电常数小等优点，并且它还具有耐腐蚀和耐高温的特性，可在恶劣环境下工作。因此，GaN基材料在光电子学领域及微电子领域内都有巨大的应用价值。

GaN基紫外探测器特别是紫外探测器面阵是目前的研究热点之一。对于背入射的紫外探测器面阵来说，由于GaN基材料不吸收可见光及红外光，所以在GaN基紫外探测器面阵与读出电路互联的时候，如果互联界面上没有一层严密的阻挡层，从探测器面阵背面入射的可见光及红外光很容易透过探测器面阵照射到硅基读出电路上，而硅基读出电路本身对可见光及红外光有响应，这样就对紫外探测器面阵成像产生了干扰。因此，在紫外探测器面阵与读出电路互联时，有效排除这一干扰十分重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵及其制作方法，其可用于紫外成像，并避免红外及可见光透射到硅基读出电路上，从而避免了硅基读出电路造成的干扰，提高了器件的实用性。

本发明提供一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，包括：

步骤1：在衬底上依次生长缓冲层、n型掺杂层、i型有源层和p型掺杂层，得到样品，该n型掺杂层、i型有源层和p型掺杂层为p-i-n单元；

步骤2：在样品表面的两侧向下进行刻蚀，刻蚀到达n型掺杂层内，形成台面样品，该n型掺杂层为面阵上所有单元共用；

步骤3：在台面样品的表面沉积氮化硅层；

步骤4：采用刻蚀或腐蚀的方法，去除p型掺杂层表面的部分氮化硅层和n型掺杂层上的部分氮化硅层；

步骤5：在去除部分氮化硅层的n型掺杂层上制作n型欧姆接触金属层，在去除部分氮化硅层的p型掺杂层上制作p型欧姆接触金属层，形成基片；

步骤6：在基片的表面沉积一层二氧化硅层；

步骤7：采用光刻法，在二氧化硅层的最上面光刻，腐蚀露出面阵四个边缘的n型欧姆接触金属层，腐蚀露出p型欧姆接触金属层，形成引线孔；

步骤8：在面阵四个边缘露出的n型欧姆接触金属层和p型欧姆金属层引线孔内及部分二氧化硅层的表面制作加厚金属层；

步骤9：将衬底减薄至90-110微米、抛光，进行管芯分割，完成探测器面阵制作。

其中所述的衬底为双面抛光的蓝宝石材料。

其中所述的p-i-n单元形状为圆形或方形或倒圆角的方形。

其中所述的n型掺杂层为重型n掺杂GaN基材料，其掺杂浓度高于或等于1×10¹⁸cm^-3。

其中所述的i型有源层为非有意掺杂的GaN基材料，其掺杂浓度低于1×10¹⁷cm^-3。

其中所述的p型掺杂层为p型掺杂的GaN基材料，其掺杂浓度高于或等于1×10¹⁷cm^-3。

其中n型欧姆接触金属层为钛金、钛铝钛金、镍金、钛铝镍金、钛铂金或镍铂金合金材料。

其中p型欧姆接触金属层为钛金或镍金或钯金合金材料。

其中氮化硅层的厚度为20-100纳米。

其中加厚金属层为钛金、钛铝钛金、镍金、钛铝镍金或镍镉金，或及其组合。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，以下结合具体实例和附图进行详细说明。其中：

图1为制作紫外探测器面阵的材料结构示意图。

图2为刻蚀台面后得到的像素结构示意图。

图3为面阵完成后单个像素结构示意图。

图4为制作完成后面阵示意图(正面俯视示意图)。

具体实施方式

请参照图1到图4，本发明提供了一种不透射红外及可见光的紫外探测器面阵，包括：

一衬底11，该衬底11的材料为双面抛光的蓝宝石材料；

一缓冲层12，该缓冲层12生长在衬底11上；

一p-i-n单元，该单元形状为圆形或方形或倒圆角的方形；包括：

一n型掺杂层13，该n型掺杂层13用于制作n型欧姆接触金属层22，该n型掺杂层13生长在缓冲层12上，材料为重型n掺杂GaN基材料(包括GaN，InN，AlN及其合金)，其掺杂浓度应高于等于1×10¹⁸cm^-3。

一i型有源层14，该有源层14生长在n型掺杂层13上，材料为非有意掺杂GaN基材料(包括GaN，InN，AlN及其合金)，其掺杂浓度应低于1×10¹⁷cm^-3。

一p型掺杂层15，该p型掺杂层15用于制作p型欧姆接触金属层23，该P型掺杂层15生长在i型有源层14上，材料为非有意掺杂GaN基材料(包括GaN，InN，AlN及其合金)，其掺杂浓度应高于等于1×10¹⁷cm^-3。

一n型欧姆接触金属层22，该n型欧姆接触金属层22生长在n型掺杂层13上，材料为钛金或钛铝钛金或镍金或钛铝镍金或钛铂金或镍铂金合金材料。

一氮化硅层21，该氮化硅层21生长在在n型掺杂层13、i型有源层14、p型掺杂层15、n型欧姆接触金属层22以及p型欧姆接触金属层23的两侧，材料为氮化硅，该氮化硅层21的厚度为20到100纳米；

一二氧化硅层24，该二氧化硅层24生长在氮化硅层21和n型欧姆接触金属层22上，材料为二氧化硅；

一p型欧姆接触金属层23，该p型欧姆接触金属层23生长在p型掺杂层15上，材料为钛金或镍金合金材料；

一加厚金属层25，该加厚金属层25生长在p型欧姆接触金属层23和二氧化硅层24上，该电极加厚金属层25的尺寸应大于p-i-n台面尺寸并与n型欧姆接金属层内侧边缘相交差。

请再参照图1到图4，本发明提供一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，包括：

步骤1：在衬底11上依次生长缓冲层12、n型掺杂层13、i型有源层14和p型掺杂层15，得到样品，该n型掺杂层13、i型有源层14和p型掺杂层15为p-i-n单元；所述的衬底11、缓冲层12和p-i-n结层的样貌特征与前面提到的一致(参照图1)；

步骤2：在样品表面两侧向下进行刻蚀，刻蚀达到n型掺杂层13内，形成台面样品；其中n型接触层13为面阵上所有单元共用(参考图2)；

步骤3：在台面样品表面沉积氮化硅层21[0]，该氮化硅层可保护刻蚀侧壁，平衡应力，降低暗电流，该氮化硅层21的样貌特征与前面提到的一致(参照图3)；

步骤4：采用刻蚀或腐蚀的方法，去除p型掺杂层15表面的部分氮化硅层21和n型掺杂层13上的部分氮化硅层21(参照图3及图4)；

步骤5：在去除部分氮化硅层21的n型掺杂层13上制作n型欧姆接触金属22，在去除部分氮化硅层21的p型掺杂层15上制作p型欧姆接触金属层23，形成基片；该n型欧姆接触金属层22的样貌特征和p型欧姆接触金属层23的样貌特征与前面提到的一致[0](参照图3及图4)；

步骤6：在基片的表面沉积一层二氧化硅层24(参照图3)；

步骤7：采用光刻法，在二氧化硅层24的最上面光刻，腐蚀露出面阵四个边缘的n型欧姆接触金属层22(具体位置见图4)，腐蚀p型欧姆接触金属层23，形成引线孔(参照图3及图4)；

步骤8：在面阵四个边缘露出的n型欧姆接触金属层22表面和p型欧姆金属层引线孔内及部分二氧化硅层24的表面制作加厚金属层25(参照图3及图4)；

步骤9：将衬底11减薄至90-110微米、抛光，进行管芯分割，完成探测器面阵制作(参照图4)。

为进一步说明本发明提供的一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵及其制作方法，以响应波长278nm的器件为例说明该面阵的制作过程(参考图1-图4)，具体如下：

在双面抛光的蓝宝石衬底11上，依次生长出缓冲层12(由0.3微米厚AlN层和0.15微米厚的AlN/Al_0.65Ga_0.35N超晶格组成)、n型掺杂层13(材料为Al_0.65Ga_0.35N，厚度为0.5微米，掺杂浓度为3×10¹⁸cm^-3)、i型有源层14(材料为Al_0.4Ga_0.6N，厚度为0.22微米，该层为非有意掺杂层，电子浓度约为1×10¹⁶cm^-3)以及p型掺杂层15(材料为Al_0.4Ga_0.6N，厚度为0.05微米，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3)；其中13、14、15三层形成一个p-i-n结构(参考图1)；然后利用光刻及刻蚀工艺，制作出每个p-i-n像元(参考图2)；用PECVD生长50纳米厚的氮化硅层21，并利用光刻及腐蚀工艺制作n型欧姆接触金属层22的开孔；利用电子束蒸发制作n型欧姆接触金属层22(该层为钛铝钛金多层金属，厚度为355nm)，并在850度快速退火；再利用光刻及腐蚀工艺制作p型欧姆接触金属层23的开孔；利用电子束蒸发方法制作p型欧姆接触层23(该层为镍金双层金属，厚度为10nm)，并在550度快速退火；用PECVD生长600nm的二氧化硅层24，并利用光刻及腐蚀工艺制作加厚电极层25的开口；利用电子束蒸发生长加厚金属层25(该层为镍金双层金属，厚度为320纳米)，该层边缘应超过n型欧姆接触金属层22的内侧边缘，与之形成交差(参见图3及图4)，这样两层相互重叠，在芯片的正面(台面侧)形成一层金属膜，当光线从芯片背面入射时，这层金属膜可有效阻止可见光及红外光透射过芯片，从而照不到读出电路上；然后进行衬底减薄、抛光，将衬底减薄至120微米，进行管芯分割，探测器面阵制作全部完成。

对于背入射的紫外探测器面阵来说，由于GaN基材料不吸收可见光及红外光，所以在GaN基紫外探测器面阵与读出电路互联的时候，如果互联界面上没有一层严密的阻挡层，从探测器面阵背面入射的可见光及红外光很容易透过探测器面阵照射到硅基读出电路上。用该方法制作紫外探测器面阵：其N型欧姆接触电极层22与加厚金属层25自然形成了一层金属膜层，可有效阻挡可见光及红外光；此二层金属为芯片本身必须的金属层，不需要额外的金属层；与其它方法相比(如镀膜，灌胶等)，该方法通过巧妙设计，金属膜在制作芯片过程中自然形成，不需要额外的复杂工艺，也节约了成本。

本发明提供一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵及其制作方法。该面阵，利用芯片本身必须的金属层，通过巧妙设计，形成一层可阻挡可见光及红外光的金属膜，有效阻挡了可见光及红外光的透射，并且没有多出复杂工艺，也节约了成本。增加了紫外探测器面阵的实用性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，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

1.一种不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，包括：

步骤3：在台面样品的表面沉积氮化硅层；

步骤6：在基片的表面沉积一层二氧化硅层；

2.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中所述的衬底为双面抛光的蓝宝石材料。

3.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中所述的p-i-n单元形状为圆形或方形或倒圆角的方形。

4.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中所述的n型掺杂层为重型n掺杂GaN基材料，其掺杂浓度高于或等于1×101⁸cm^-3。

5.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中所述的i型有源层为非有意掺杂的GaN基材料，其掺杂浓度低于1×10¹⁷cm^-3。

6.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中所述的p型掺杂层为p型掺杂的GaN基材料，其掺杂浓度高于或等于1×10¹⁷cm^-3。

7.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中n型欧姆接触金属层为钛金、钛铝钛金、镍金、钛铝镍金、钛铂金或镍铂金合金材料。

8.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中p型欧姆接触金属层为钛金或镍金或钯金合金材料。

9.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中氮化硅层的厚度为20-100纳米。

10.根据权利要求1所述的不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵的制作方法，其中加厚金属层为钛金、钛铝钛金、镍金、钛铝镍金或镍镉金，或及其组合。