CN106784119B - 含Bi化合物光电探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含Bi化合物光电探测器及其制作方法。所述光电探测器包括衬底、外延层和电极，所述电极与所述外延层连接，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的缓冲层、N型接触层、吸收层和P型接触层，所述吸收层采用ANxBi1‑x，其中，0≤x＜1，A＝Ga、In或Al，N型接触层为AlN掺Si，P型接触层为AlN掺Mg。本发明能获得从紫外到红外宽波段的半导体探测器件，可以有效地应用于光传输系统和探测等技术领域，器件结构简单，体积小，成本低廉，具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种含Bi化合物光电探测器及其制作方法，可覆盖紫外到红外波段的探测，并实现与Si材料的集成，可以更有效的应用在各种光探测领域。
背景技术
光电探测器用途广泛，从紫外的消毒、火灾探测到可见光或近红外的射线测量、光度计量等，再到红外波段的制导、热成像及遥感等。是军民应用上的重要器件。尤其是近年来突飞猛进的光纤通信产业，更需要高性能探测器的支持。(Ga、In、Al)NxBi1-x化合物材料的独特性质可以应用到很多领域，尤其是光电器件。AlNBi在理论上带宽可从6.2eV到0，这覆盖了200nm以上的所有波长范围。另外(Ga、In、Al)NxBi1-x的稳定结构是立方相，这和现代广泛应用的Si相匹配，可实现Si上器件的外延。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含Bi化合物光电探测器及其制作方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例公开的一种含Bi化合物光电探测器包括衬底、外延层和电极，所述电极与所述外延层连接，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的缓冲层、N型接触层、吸收层和P型接触层，所述吸收层采用ANxBi1-x，其中，0≤x＜1，A＝Ga、In或Al，N型接触层为AlN掺Si，P型接触层为AlN掺Mg。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述N型接触层的掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至1000nm之间。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述P型接触层的掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至500nm之间。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述吸收层未掺杂，其厚度在200nm至1500nm之间。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述衬底为半绝缘Si或MgO衬底。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述缓冲层未掺杂的AlN缓冲层，所述缓冲层的厚度在300nm至1000nm之间。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器中，所述电极包括分别与所述P型接触层和N型接触层连接的P电极和N电极，所述P电极为Ti/Al/Ni/Au，所述N电极为Ti/Au。
相应的，本发明还公开了一种含Bi化合物光电探测器的制作方法，在衬底上直接依次生长缓冲层、N型接触层、吸收层和P型接触层，从而形成外延层；以及，对所述外延层进行台面刻蚀，并制备N电极、P电极，形成所述光电探测器。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器的制作方法中，所述P电极通过磁控溅射或电子束蒸发而形成。
优选的，在上述的含Bi化合物光电探测器的制作方法中，所述N电极通过磁控溅射或电子束蒸发而形成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明使用一种材料体系，即可实现紫外到红外波段的光电探测功能，且器件结构简单，体积小，成本低廉，具有广泛应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中含Bi化合物光电探测器的平面结构示意图；
图2所示为本发明具体实施例中含Bi化合物光电探测器的制备工艺流程图。
具体实施方式
本实施例的一个方面提供了一种含Bi化合物光电探测器，其可实现从紫外到红外波段使用一种材料体系进行探测。
进一步的，在一些实施方案之中，探测器可以Si基材料为主，可以在保证高质量材料的基础上，实现与其他成熟的Si器件集成。
更进一步的，在一些更为具体的实施方案之中，本实施例提供了基于Si或MgO衬底的，(Ga、In、Al)NxBi1-x为吸收区的探测器，其基本结构可以包括衬底、缓冲层、N型接触层、吸收层、P型接触层和金属电极等。
更为具体的，在一些实施案例之中，采用Si或MgO做衬底，以(Ga、In、Al)NxBi1-x为吸收层，重掺杂N型AlN作为底电极接触层，重掺杂P型AlN作为顶电极接触层。
以下结合附图及实施案例对本发明的技术方案作进一步的说明。
请参阅图1所示，在一实施例中，一种含Bi化合物光电探测器可以包括：衬底10、外延层和电极，电极与外延层连接，外延层包括依次形成于衬底10上的缓冲层20、N型接触层30、吸收层40和P型接触层50，吸收层采用ANxBi1-x，其中，0≤x＜1，A＝Ga、In或Al，N型接触层30为AlN掺Si，P型接触层50为AlN掺Mg。
衬底10材料为Si或MgO单晶。
缓冲层20生长在衬底10上，缓冲层材料为未掺杂AlN。缓冲层的厚度在300nm至1000nm之间。
N型接触层30生长在缓冲层20上，N型接触层30材料为重掺杂N型AlN。N型接触层的掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至1000nm之间。
吸收层40生长在接触层30上，吸收层40结构为(Ga、In、Al)NxBi1-x材料。吸收层未掺杂，其厚度在200nm至1500nm之间。
P型接触层50生长在吸收区40上，P型接触层50材料为重掺杂P型AlN。掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至500nm之间。
在重掺杂N型AlN接触层上，制作Ti/Au金属60。
顶金属电极70制作在P型AlN接触层上，材料为Ti/Al/Ni/Au。
请结合图2所示，，该含Bi化合物光电探测器的制作方法可以包括如下具体步骤：
步骤1：在半绝缘MgO单晶衬底上依次生长Bi化合物光电探测器的外延层。其中AlN掺Si作为N型接触层。吸收层采用(Ga、In、Al)NxBi1-x材料。采用AlN掺Mg作为P型接触层；
步骤2：利用光刻、湿法刻蚀和干法刻蚀技术蚀刻到n型接触层，形成独立的含Bi化合物光电探测器的n型电极台面；
步骤3：利用光刻技术和湿法刻蚀技术蚀刻蚀刻至半绝缘衬底，光刻胶保护探测器单元其它部分区域，利用台阶仪测试半绝缘衬底的厚度，形成独立的含Bi化合物光电探测器独立单元；
步骤4：利用光刻技术暴露出含Bi化合物光电探测器单元的电极图形，并用光刻胶保护探测器单元的其它区域；然后在探测器单元上利用磁控溅射技术或电子束蒸发技术沉积电极材料，并用剥离技术剥离多余的电极形成p型电极和n型电极；
步骤5：在快速热退火炉中对p型电极材料和n型电极材料进行合金处理；
步骤6：利用光刻技术和干法刻蚀技术，蚀刻出含Bi化合物光电探测器的光敏面；
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含Bi化合物光电探测器，其特征在于，包括衬底、外延层和电极，所述电极与所述外延层连接，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的缓冲层、N型接触层、吸收层和P型接触层，所述吸收层采用ANxBi1-x，其中，0≤x＜1，A＝Ga、In或Al，N型接触层为AlN掺Si，P型接触层为AlN掺Mg。
2.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述N型接触层的掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至1000nm之间。
3.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述P型接触层的掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度在200nm至500nm之间。
4.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述吸收层未掺杂，其厚度在200nm至1500nm之间。
5.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述衬底为半绝缘Si或MgO衬底。
6.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述缓冲层为未掺杂的AlN缓冲层，所述缓冲层的厚度在300nm至1000nm之间。
7.根据权利要求1所述的含Bi化合物光电探测器，其特征在于：所述电极包括分别与所述P型接触层和N型接触层连接的P电极和N电极，所述P电极为Ti/Al/Ni/Au，所述N电极为Ti/Au。
8.权利要求1至7中任一项所述含Bi化合物光电探测器的制作方法，其特征在于包括：在衬底上直接依次生长缓冲层、N型接触层、吸收层和P型接触层，从而形成外延层；以及，对所述外延层进行台面刻蚀，并制备N电极、P电极，形成所述光电探测器。
9.根据权利要求8所述的含Bi化合物光电探测器的制作方法，其特征在于：所述P电极通过磁控溅射或电子束蒸发而形成。
10.根据权利要求8所述的含Bi化合物光电探测器的制作方法，其特征在于：所述N电极通过磁控溅射或电子束蒸发而形成。
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