CN103646986A - 一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及制作方法。该探测器包括：衬底；缓冲层；n-i-p-i-n单元，其包括缓冲层上依次生长的下n型掺杂层、下i型有源层、p型掺杂层、上i型有源层和上n型掺杂层；上台面，其是通过刻蚀上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层两侧形成的台面；下台面，其是通过刻蚀上台面下方两侧的p型掺杂层形成；n型欧姆接触金属层，其生长在上n型掺杂层表面，以及下台面一侧的下n型掺杂层上表面；p型欧姆接触金属层，其生长在上台面一侧的p型掺杂层上表面；加厚金属层，其生长在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层上表面，其尺寸大于其下方的欧姆接触金属层的尺寸；二氧化硅层。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，特别是指一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及其制作方法。
背景技术
紫外探测技术在民用和军事领域有着十分广泛的应用，比如火焰监测以及燃烧控制、紫外光源标定、生物和化学化合物探测、地球卫星间通信安全、紫外天文学、导弹跟踪、臭氧层监测、水处理以及表面消毒、潜水艇通信等。
AlxGa1-xN材料是制作日盲型紫外探测器的理想材料之一。它属于宽禁带的直接带隙半导体材料，而且可以通过调节x(Al组分)的大小使其禁带宽度在3.14eV～6.12eV之间连续变化，对应的光谱范围为365nm～200nm。当使探测器响应波长在日盲区，即λ<280nm，探测过程不受自然光辐照影响，因而背景噪声很小，虚警率可以大幅降低。AlxGa1-xN材料还具有电子饱和速度高、介电常数小、光吸收效率很高、耐高温和耐腐蚀等优点。因此，AlGaN基日盲紫外探测器备受关注。
所有探测技术都是向获取更多目标信息的方向发展，紫外技术也不例外。双色日盲紫外探测系统提供两个波段的信息，可以抑制目标的复杂背景，从而在目标辨认、信号识别及抗干扰方面性能优于单色探测器。因此，AlGaN基双色日盲紫外探测器制作技术十分重要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种AlGaN基双色日盲紫外探测器的制作方法，其可以实现性能优异的日盲区双波段探测的紫外探测器，较单色紫外探测器更具有实用性。
本发明提供一种AlGaN基双色日盲紫外探测器，其包括：
衬底；
缓冲层，其生长在衬底上；
n-i-p-i-n单元，其包括缓冲层上依次生长的下n型掺杂层、下i型有源层、p型掺杂层、上i型有源层和上n型掺杂层；
上台面，其是通过刻蚀上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层两侧形成的台面，其刻蚀深度到达p型掺杂层内；
下台面，其是通过刻蚀上台面下方两侧的p型掺杂层形成的，其刻蚀深度到达下n型掺杂层内；
n型欧姆接触金属层，其生长在上n型掺杂层表面，以及下台面一侧的下n型掺杂层上表面；
p型欧姆接触金属层，其生长在上台面一侧的p型掺杂层上表面；
加厚金属层，其生长在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层上表面，其尺寸大于其下方的欧姆接触金属层的尺寸；
二氧化硅层，其生长在露出的上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层、下i型有源层、下n型掺杂层、n型欧姆接触金属层、p型欧姆接触金属层的表面以及两侧面，还生长在加厚金属层的两侧面。
本发明还提供一种AlGaN基双色日盲紫外探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底上依次生长缓冲层、下n型掺杂层、下i型有源层、p型掺杂层、上i型有源层和上n型掺杂层，得到基片，该上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层、下i型有源层和下n型掺杂层构成n-i-p-i-n单元；
步骤2：在所得到的基片表面边缘向下进行刻蚀，刻蚀深度到达p型掺杂层内，形成上台面；
步骤3：在所形成的上台面下方两侧的p型掺杂层向下进行刻蚀，刻蚀深度到达下n型掺杂层内，形成下台面；
步骤4：在上台面、下台面表面以及侧壁沉积二氧化硅层；
步骤5：采用刻蚀或腐蚀的方法去除上n型掺杂层、下n型掺杂层表面的部分二氧化硅层并制作n型欧姆接触金属层；
步骤6：采用刻蚀或腐蚀的方法去除p型掺杂层表面的部分二氧化硅层并制作p型欧姆接触金属层；
步骤7：在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层的表面制作加厚金属层，完成器件制作。
本发明提出的上述方案可以实现性能优异的日盲区双波段探测的紫外探测器，较单色紫外探测器更具有实用性。
附图说明
图1本发明中AlGaN基双色日盲紫外探测器的材料结构示意图；
图2为本发明中制作完成的AlGaN基双色日盲紫外探测器器件的结构立体图；
图3为本发明中第一次刻蚀台面后得到的结构示意图；
图4为本发明中第二次刻蚀台面后得到的结构示意图；
图5为本发明中制作了二氧化硅层后得到的结构示意图。
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，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了本发明提供的一种AlGaN基双色日盲紫外探测器的材料结构示意图。图2示出了制作完成的AlGaN基双色日盲紫外探测器器件的结构立体图。如图1和2所示，该AlGaN基双色日盲紫外探测器为n-i-p-i-n结构，由两个结构为n-i-p型的上、下探测单元构成，其结构具体包括：
一衬底11，该衬底11的材料为双面抛光的(0001)蓝宝石材料；
一缓冲层12，该缓冲层12生长在衬底11之上，包括AlN层和AlN／AlGaN超晶格层；
一下n型掺杂层13，该n型掺杂层13生长在缓冲层12之上，材料为重型n掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度应高于或等于1×1018cm-3，它用于制作下探测单元的n型欧姆接触。
一下i型有源层14，该有源层14生长在下n型掺杂层13之上，材料为非故意掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度应低于1×1017cm-3，为下探测单元的光吸收层。
一p型掺杂层15，该p型掺杂层15生长在下i型有源层14之上，材料为重型p掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度应高于或等于1×1017cm-3，它用于制作上、下探测单元共用的p型欧姆接触。
一上i型有源层16，该有源层16生长在p型掺杂层15之上，材料为非故意掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度应低于1×1017cm-3，为上探测单元的光吸收层。
一上n型掺杂层17，该n型掺杂层17生长在上i型有源层16之上，材料为重型n掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度应高于或等于1×1018cm-3，它用于制作上探测单元的n型欧姆接触。
一上台面，其是通过刻蚀上n型掺杂层17、上i型有源层16、p型掺杂层15四边形成的圆形或方形台面，其刻蚀深度到达p型掺杂层15内；
一下台面，其是通过刻蚀上台面下方边缘的p型掺杂层15、下i型有源层14和下n型掺杂层13形成的圆形或方形台面，其刻蚀深度到达下n型掺杂层13内，所述上台面位于下台面上方的一侧；
一n型欧姆接触金属层22，该n型欧姆接触金属层22生长在上n型掺杂层17表面，即上台面表面，以及下台面一侧的下n型掺杂层13上表面，材料为钛铂金、钛金、钛铝钛金、镍铂金、镍金或钛铝镍金合金材料；
一p型欧姆接触金属层23，该p型欧姆接触金属层23生长在上台面一侧的p型掺杂层15上表面，即下台面的上方，材料为镍金、钛金或钯金合金材料；
一加厚金属层24，该加厚金属层24生长在n型欧姆接触金属层22和p型欧姆接触金属层23之上，该电极加厚金属层24的尺寸应大于其下方的欧姆接触金属层的尺寸，材料为镍金、钛金、钛铝钛金、钛铝镍金、镍镉金合金材料或其组合；
一二氧化硅层21，该二氧化硅层21生长在露出的上n型掺杂层17、上i型有源层16、p型掺杂层15、下i型有源层14、下n型掺杂层13、n型欧姆接触金属层22、p型欧姆接触金属层23的表面以及两侧，生长在加厚金属层24的两侧，材料为二氧化硅，该二氧化硅层的厚度为300至500纳米。
其中所述的上、下i型AlGaN有源层的Al组分可根据所需的截止波长进行调整。
图3至图5示出了本发明提供的一种AlGaN基双色日盲紫外探测器的制作流程示意图。如图3～图5所示，该方法包括：
步骤1：在衬底11上依次生长缓冲层12、下n型掺杂层13、下i型有源层14、p型掺杂层15、上i型有源层16和上n型掺杂层17，得到基片，该下n型掺杂层13、下i型有源层14、p型掺杂层15、上i型有源层16和上n型掺杂层17构成n-i-p-i-n单元，即两个公用p型层的背靠背p-i-n结构；所述的衬底11、缓冲层12和n-i-p-i-n结构层的样貌特征与前面提到的一致(参照图1)；
步骤2：从n型掺杂层17表面的四边向下进行刻蚀，刻蚀深度到达p型掺杂层15内，形成上台面(参考图3)；
步骤3：从上台面下方的p型掺杂层15表面的两侧向下进行刻蚀，刻蚀深度到达下n型掺杂层13内，形成下台面(参考图4)；
步骤4：在上台面和下台面的表面和侧壁沉积二氧化硅层21，该二氧化硅层21可以保护刻蚀侧壁，平衡应力，减小漏电流，该二氧化硅层21的样貌特征与前面提到的一致(参考图5)；
步骤5：采用刻蚀或腐蚀的方法去除上n型掺杂层17和下台面的下n型掺杂层13表面的部分二氧化硅层21，并在去除部分二氧化硅层21的上n型掺杂层17和下n型掺杂层13上制作n型欧姆接触金属层22；该n型欧姆接触金属层22的样貌特征与前面提到的一致(参照图5)；
步骤6：采用刻蚀或腐蚀的方法去除下台面上p型掺杂层15表面的部分二氧化硅层21，并在去除部分二氧化硅层21的p型掺杂层15上制作p型欧姆接触金属层23；该p型欧姆接触金属层23的样貌特征与前面提到的一致(参照图5)；
步骤7：在n型欧姆接触金属层22和p型欧姆接触金属层23的表面制作加厚金属层24；该加厚金属层24的样貌特征与前面提到的一致，完成器件制作(参照图5)。
为进一步说明本发明提供的一种AlGaN基双色日盲紫外探测器及其制作方法，以双色响应波长为242nm、257nm的器件为例说明该器件的制作方法(参考图1至图5)，具体如下：
利用低压MOCVD方法在双面抛光的蓝宝石衬底11上依次生长缓冲层12(由1.5微米厚的AlN层和0.15微米厚的AlN／Al0.65Ga0.35N超晶格构成)、下n型掺杂层13(材料为Al0.65Ga0.35N，厚度为0.45微米，掺杂浓度为3×1018cm-3)、下i型有源层14(材料为Al0.45Ga0.55N，厚度为0.15微米，该层为非故意掺杂层，电子浓度约为1×1016cm-3)、p型掺杂层15(材料为Al0.45Ga0.55N，厚度为0.3微米，掺杂浓度为1×1017cm-3)、上i型有源层16(材料为Al0.40Ga0.60N，厚度为0.15微米，该层为非故意掺杂层，电子浓度约为1×1016cm-3)和上n型掺杂层17(材料为Al0.40Ga0.60N，厚度为0.15微米，掺杂浓度为3×1018cm-3)，得到基片，其中13、14、15、16和17五层形成n-i-p-i-n结构(参考图1)；利用光刻以及刻蚀工艺，制作出上台面，即上p-i-n探测单元(参考图3)；再次利用光刻以及刻蚀工艺，制作出下台面，即下p-i-n探测单元(参考图4)；用PECVD方法生长300nm厚的二氧化硅层21；利用光刻以及腐蚀工艺制作n型欧姆接触金属层22的开孔；利用电子束蒸发方法制作n型欧姆接触金属层22(该金属层为钛铝钛金多层金属，厚度为405nm)；再利用光刻以及腐蚀工艺制作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型欧姆接触金属层23(该金属层为镍金双层金属，厚度为11nm)；最后利用电子束蒸发在n型欧姆接触金属层22和p型欧姆接触金属层23的表面制作加厚金属层24(该金属层为镍金双层金属，厚度为270nm，尺寸大于下面所覆盖的欧姆接触层金属)，探测器件制作完成。
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，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 (10)
1.一种AlGaN基双色日盲紫外探测器，其包括：
衬底；
缓冲层，其生长在衬底上；
n-i-p-i-n单元，其包括缓冲层上依次生长的下n型掺杂层、下i型有源层、p型掺杂层、上i型有源层和上n型掺杂层；
上台面，其是通过刻蚀上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层两侧形成的台面，其刻蚀深度到达p型掺杂层内；
下台面，其是通过刻蚀上台面下方两侧的p型掺杂层形成的，其刻蚀深度到达下n型掺杂层内；
n型欧姆接触金属层，其生长在上n型掺杂层表面，以及下台面一侧的下n型掺杂层上表面；
p型欧姆接触金属层，其生长在上台面一侧的p型掺杂层上表面；
加厚金属层，其生长在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层上表面，其尺寸大于其下方的欧姆接触金属层的尺寸；
二氧化硅层，其生长在露出的上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层、下i型有源层、下n型掺杂层、n型欧姆接触金属层、p型欧姆接触金属层的表面以及两侧面，还生长在加厚金属层的两侧面。
2.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，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AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的上n型掺杂层和下n型掺杂层都为重型掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度高于或等于1×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的上i型有源层和下i型有源层都为非故意掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度低于1×1017cm-3。
5.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的p型掺杂层为p型掺杂AlGaN材料，其掺杂浓度高于或等于1×1017cm-3。
6.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的上、下两个台面的形状为圆形或方形。
7.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的二氧化硅层的厚度为300-500纳米。
8.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的n型欧姆接触金属层为钛铂金、钛金、钛铝钛金、镍铂金、镍金或钛铝镍金合金材料；所述的p型欧姆接触金属层为镍金、钛金或钯金合金材料；所述的加厚金属层为镍金、钛金、钛铝钛金、钛铝镍金、镍镉金合金材料或其组合。
9.根据权利要求1所述的AlGaN基双色日盲紫外探测器，其中所述的上、下i型AlGaN有源层的Al组分根据所需的截止波长进行调整。
10.一种AlGaN基双色日盲紫外探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底上依次生长缓冲层、下n型掺杂层、下i型有源层、p型掺杂层、上i型有源层和上n型掺杂层，得到基片，该上n型掺杂层、上i型有源层、p型掺杂层、下i型有源层和下n型掺杂层构成n-i-p-i-n单元；
步骤2：在所得到的基片表面边缘向下进行刻蚀，刻蚀深度到达p型掺杂层内，形成上台面；
步骤3：在所形成的上台面下方两侧的p型掺杂层向下进行刻蚀，刻蚀深度到达下n型掺杂层内，形成下台面；
步骤4：在上台面、下台面表面以及侧壁沉积二氧化硅层；
步骤5：采用刻蚀或腐蚀的方法去除上n型掺杂层、下n型掺杂层表面的部分二氧化硅层并制作n型欧姆接触金属层；
步骤6：采用刻蚀或腐蚀的方法去除p型掺杂层表面的部分二氧化硅层并制作p型欧姆接触金属层；
步骤7：在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层的表面制作加厚金属层，完成器件制作。
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