CN106784125A - Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 - Google Patents
Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106784125A CN106784125A CN201611124462.XA CN201611124462A CN106784125A CN 106784125 A CN106784125 A CN 106784125A CN 201611124462 A CN201611124462 A CN 201611124462A CN 106784125 A CN106784125 A CN 106784125A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- type
- type sic
- homogeneity epitaxial
- materials
- 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.)
- Pending
Links
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000026267 regulation of growth Effects 0.000 claims abstract description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 36
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 32
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 14
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 12
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 7
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 claims description 5
- 229910015844 BCl3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 50
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 25
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 3
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- -1 metals Compound Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/11—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
- H01L31/1105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors the device being a bipolar phototransistor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法。该方法包括：选取SiC衬底；分别生长P型SiC同质外延层形成集电区；在P型SiC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层；在N型SiC同质外延层表面生长P型β‑Ga2O3异质外延层；在P型β‑Ga2O3异质外延层采用干法刻蚀形成发射区；N型同质外延层采用干法刻蚀形成基区，并在暴露出的P型同质外延层表面部分位置处生长第一金属材料形成集电极；在发射区表面生长第二金属材料形成发射极，最终形成Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管。本发明的PNP晶体管使用两种不同的宽禁带材料构成异质结，其禁带宽度的不同及其材料特性使得本发明光电晶体管的光电增益大幅提高，提高光电晶体管将光信号转化为电信号的能力并提高器件可靠性。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法。
背景技术
20世纪50年代起PN结晶体管的发明奠定了电子技术和集成电路的基础，PN结是在一块半导体材料上通过掺杂做出导电类型不同的两部分，又称为同质结；而之后发展的异质结是把两种不同的材料做成一个单晶的技术，两种材料禁带宽度及其他材料特性的不同使其具有一系列同质结所没有的特性，在器件设计上实现独有的功能，尤其在光电领域应用广泛，例如光电PNP晶体管用两个异质结PN结和NP结形成、光电探测器等。
目前光电晶体管种类繁多，均为接收光信号转化为电信号的晶体管，所以其接收、转化的能力将决定了光电晶体管的器件性能。前者通过光吸收能力来判断，后者通过光电晶体管的光电增益来判断，目前光电晶体管的光吸收范围因为材料特性及其灵敏度所以很难扩大到深紫外区，此外随着电子技术的发展与进步，对光电晶体管的增益要求越大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法。
本发明的一个实施例提供了一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法，包括：
选取SiC衬底；
在所述SiC衬底表面生长P型SiC同质外延层形成集电区；
在所述P型SiC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层；
在所述N型SiC同质外延层表面生长P型β-Ga2O3异质外延层；
在所述P型β-Ga2O3异质外延层通过干法刻蚀形成发射区；
在所述N型SiC同质外延层通过干法刻蚀形成基区；
并在暴露出的所述P型SiC同质外延层表面部分位置处生长第一金属材料形成集电极；
在所述发射区表面生长第二金属材料形成发射极，最终形成所述Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管。
在本发明的一个实施例中，在所述SiC衬底表面分别生长同质外延层和异质外延层，包括：
利用LPCVD工艺，在所述SiC衬底表面生长掺杂Al元素的P型SiC材料以厚度为3～5μm、掺杂浓度为1×1016～1×1017cm-3形成所述集电区；
在本发明的一个实施例中，在所述P型SiC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层，包括：
利用LPCVD工艺，在所述P型SiC同质外延层表面生长掺杂N元素的N型SiC材料以形成厚度为0.3～0.5μm、掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3的所述N型SiC同质外延层。
在本发明的一个实施例中，在所述N型SiC同质外延层表面生长P型β-Ga2O3异质外延层，包括：
利用分子束外延工艺，在所述N型SiC同质层表面生长掺杂元素为Cu或者Zn，掺杂浓度为1×1019～9×1019cm-3，厚度为0.5～0.8μm的所述P型β-Ga2O3异质外延层。
在本发明的一个实施例中，在所述P型β-Ga2O3异质外延层通过干法刻蚀形成发射区，包括：
采用第一掩膜板，采用BCl3作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述P型β-Ga2O3异质外延层进行刻蚀形成所述发射区。
在本发明的一个实施例中，在所述N型SiC同质外延层通过干法刻蚀形成基区，包括：
采用第二掩膜板，采用CF4或O2作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述N型SiC外延层进行刻蚀形成所述基区。
在本发明的一个实施例中，在暴露出的所述P型SiC同质外延层表面部分位置处生长第一金属材料形成集电极，包括：
利用磁控溅射工艺在所述集电区溅射Ni金属材料；
在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述P型SiC同质外延层表面与所述Ni金属材料表面形成欧姆接触以完成所述集电极的制备。
在本发明的一个实施例中，在所述发射区表面生长第二金属材料形成发射极，包括：
利用磁控溅射工艺在所述发射区表面溅射Ti材料和Au材料形成Ti/Au叠层双金属材料；
在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述发射区表面与所述Ti/Au叠层双金属材料表面形成欧姆接触以完成所述发射极的制备。
在本发明的一个实施例中，利用磁控溅射工艺在所述发射区表面溅射Ti材料和Au材料形成Ti/Au叠层双金属材料，包括：
采用第四掩膜版，以Ti材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述发射区表面溅射所述Ti材料；
采用所述第四掩膜版，以Au材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述Ti材料表面溅射Au材料形成所述第二Ti/Au叠层双金属材料。
本发明的另一个实施例提供了一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管，其中，所述Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管由上述实施例中任一所述的方法制备形成。
本发明的PNP晶体管使用两种不同的宽禁带材料构成异质结，其禁带宽度的不同及其材料特性使得本发明光电晶体管的光电增益大幅提高，提高光电晶体管将光信号转化为电信号的能力，从而进一步提高SiC基光电晶体管的器件性能以及器件可靠性。此外Ga2O3材料本身具有日盲区深紫外光探测的光电特性及其透明导电特性决定了将Ga2O3材料应用于本发明的光吸收层可有效地提高本发明器件的光吸收能力，对于日盲区深紫外光的探测更加准确。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的截面示意图；
图2为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的俯视示意图；
图3为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法流程示意图；
图4a-图4h为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法示意图；
图5为本发明实施例提供的一种第一光刻掩膜版的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种第二光刻掩膜版的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种第三光刻掩膜版的结构示意图；以及
图8为本发明实施例提供的一种第四光刻掩膜版的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1及图2，图1为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的截面示意图，图2为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的俯视示意图。本发明的Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管包括：衬底1、P型SiC同质外延层2构成的集电区、N型SiC同质外延层3构成的基区、P型Ga2O3层4构成的发射区以及发射极5和集电极6。
所述衬底1为P型的4H-SiC或6H-SiC材料的半绝缘衬底；所述同质P型外延层为掺杂元素Al的SiC，掺杂浓度1016cm-3量级；所述N型SiC同质外延层为掺杂元素N的SiC，掺杂浓度1017cm-3量级；所述光吸收层为掺杂浓度在1019cm-3、掺杂元素为Cu、Zn等元素的P型β-Ga2O3(-201)、P型β-Ga2O3(010)或P型β-Ga2O3(001)材料；所述发射电极为Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等金属材料、包含这些金属中2种以上合金或ITO等导电性化合物形成。另外，可以具有由不同的2种以上金属构成的2层结构，例如Al/Ti叠层双金属材料。所述集电极为Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等金属材料、包含这些金属中2种以上合金或ITO等导电性化合物形成。另外，可以具有由不同的2种及以上金属构成的2层结构，例如Al/Ti叠层双金属材料。
本发明实施例，通过采用Ga2O3作为宽带隙发射区从而大幅提高发射极的注入效率，当光电晶体管表面被光照时由于发射区比基区大的宽带隙所以入射光在发射区很少被吸收而是透过发射区在基区和集电区被吸收而产生电子空穴对，降低了基区/集电区的势垒高度，增大了发射区的电子注入和基区的电子传输，从而提高了注入效率。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法流程示意图。该方法包括如下步骤：
步骤1、选取SiC衬底；
步骤2、在所述SiC衬底表面生长P型SiC同质外延层形成集电区；
步骤3、在所述P型SIC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层；
步骤4、在所述N型SiC同质外延层表面生长P型β-Ga2O3异质外延层；
步骤5、干法刻蚀所述P型β-Ga2O3异质外延层形成发射区；
步骤6、干法刻蚀所述N型SiC同质外延层形成基区，
步骤7、在所述集电区生长第一金属材料形成集电极；
步骤8、在所述发射区表面生长第二金属材料形成发射极，最终形成所述Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管。
对于步骤2，可以包括：
步骤21、利用LPCVD工艺，在所述SiC衬底表面生长掺杂Al元素的掺杂浓度为1016cm-3量级的P型SiC材料以形成所述P型集电区；
对于步骤3，可以包括
利用LPCVD工艺，在所述同质外延层表面生长掺杂N元素的N型SiC材料以形成所述N型SiC外延层。
对于步骤4，可以包括：
利用分子束外延工艺，在所述异质外延层表面生长掺杂元素为Cu或者Zn，掺杂浓度为1019cm-3量级的P型β-Ga2O3材料。
对于步骤5，可以包括：
采用第一掩膜板，采用BCl3作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述P型β-Ga2O3材料进行刻蚀形成所述发射区。
对于步骤6，可以包括：
采用第二掩膜板，采用CF4或O2作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述N型SiC同质外延层进行刻蚀形成所述基区；
对于步骤7可以包括：
步骤71、采用第三掩膜版，利用磁控溅射工艺在所述集电区表面溅射Ni金属材料；
步骤72、在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述同质外延层表面与所述Ni金属材料表面形成欧姆接触以完成所述集电极的制备。
对于步骤72，可以包括：
在1000℃下氮气或氩气环境下快速热退火3min。
对于步骤8，可以包括：
步骤81、采用第四掩膜版，利用磁控溅射工艺在所述发射区表面溅射Ti材料和Au材料形成Ti/Au叠层双金属材料；
步骤82、在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述发射区层表面与所述Ti/Au叠层双金属材料表面形成欧姆接触以完成所述发射极的制备。
其中，步骤81，可以包括：
步骤811、采用第四掩膜版，以Ti材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述发射区表面溅射所述Ti材料电极厚度例如为20nm～30nm；
步骤812、采用所述第四掩膜版，以Au材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述Ti材料表面溅射Au材料电极厚度例如为150nm～200nm形成所述Ti/Au叠层双金属材料。
步骤82可以包括：
在500℃下氮气和氩气环境下进行快速热退火3min形成欧姆接触。
需要重点强调的是，步骤7和步骤8中的发射极和集电极的工艺流程并不固定。可以先进行发射极的制备，也可以先进行集电极的制备，此处不做任何限制。
本发明实施例，首次提出了关于Ga2O3材料的新型Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法。本发明的PNP晶体管使用两种不同的宽禁带材料构成异质结，其禁带宽度的不同及其材料特性使得本发明光电晶体管的光电增益大幅提高，提高光电晶体管将光信号转化为电信号的能力，从而进一步提高SiC基光电晶体管的器件性能以及器件可靠性。此外Ga2O3材料本身具有日盲区深紫外光探测的光电特性及其透明导电特性决定了将Ga2O3材料应用于本发明的光吸收层可有效地提高本发明器件的光吸收能力，对于日盲区深紫外光的探测更加准确。
实施例二
请一并参见图4a-图4h及图5至图8，图4a-图4h为本发明实施例提供的一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法示意图；图5为本发明实施例提供的一种第一光刻掩膜版的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种第二光刻掩膜版的结构示意图；图7为本发明实施例提供的一种第三光刻掩膜版的结构示意图；以及图8为本发明实施例提供的一种第四光刻掩膜版的结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上，对本发明的Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法进行详细说明如下：
步骤1：请参见图4a，准备SiC半绝缘衬底1，厚度为350μm，对衬底进行RCA标准清洗。
步骤2：请参见图4b，在步骤1所准备的SiC半绝缘衬底1上通过LPCVD生成P型同质外延层2，掺杂浓度在1016～1017cm-3量级，掺杂元素为Al，厚度为2um；
步骤3：请参见图4c，在步骤2所准备的P型同质外延层2上通过LPCVD形成N型SiC同质外延层3，掺杂浓度在1017-1018cm-3量级，掺杂元素为N，厚度为0.3um；
步骤4：请参见图4d，在步骤3所准备的N型SiC同质外延层3上通过分子束外延法生长β-Ga2O3层4作为光吸收层，掺杂浓度在1×1019～2×1019cm-3，掺杂元素为Cu、Zn等元素，厚度为1um；
步骤5：请参见图4e及图5，在步骤4所准备的β-Ga2O3层4上使用第一掩膜版，通过等离子刻蚀形成光吸收层，刻蚀气体为BCl3；
步骤6：请参见图4f及图6，在步骤3所准备的P型异质外延层3上使用第二掩膜版，通过等离子刻蚀形成图4f中的N型异质外延层形成基区，刻蚀气体为CF4和O2；
步骤7：请参见图4g及图7，在步骤2所准备的N型同质外延层2上表面使用第三掩膜版，通过磁控溅射生长集电极Ni材料。
溅射靶材选用质量比纯度>99.99％的镍，以质量百分比纯度为99.999％的Ar作为溅射气体通入溅射腔，溅射前，用高纯氩气对磁控溅射设备腔体进行5分钟清洗，然后抽真空。在真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa、氩气流量为20～30cm3/秒、靶材基距为10cm和工作功率为20W～100W的条件下，制备集电极Ni，电极厚度为150nm～250nm。
之后在1050℃下氮气和氩气环境下进行快速热退火3min形成欧姆接触。
发射电极的金属可选Au、Al、Ti等不同元素及其组成的2层结构，集电极可选用Al\Ti\Ni\Ag\Pt等金属替代。其中Au\Ag\Pt化学性质稳定；Al\Ti\Ni成本低。
步骤8：请参见图4h及图8，在步骤5所准备的发射区上使用第四掩膜版，通过磁控溅射生长发射电极Ti/Au。
溅射靶材选用质量比纯度>99.99％的钛，以质量百分比纯度为99.999％的Ar作为溅射气体通入溅射腔，溅射前，用高纯氩气对磁控溅射设备腔体进行5分钟清洗，然后抽真空。在真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa、氩气流量为20～30cm3/秒、靶材基距为10cm和工作功率为20W～100W的条件下，制备栅电极钛，电极厚度为20nm～30nm。
溅射靶材选用质量比纯度>99.99％的Au，以质量百分比纯度为99.999％的Ar作为溅射气体通入溅射腔，溅射前，用高纯氩气对磁控溅射设备腔体进行5分钟清洗，然后抽真空。在真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa、氩气流量为20～30cm3/秒、靶材基距为10cm和工作功率为20W～100W的条件下，制备栅电极铝，电极厚度为150nm～200nm，之后在500℃下氮气和氩气环境下进行快速热退火3min形成欧姆接触。
发射电极的金属可选Au、Al、Ti等不同元素及其组成的2层结构，集电极可选用Al\Ti\Ni\Ag\Pt等金属替代。其中Au\Ag\Pt化学性质稳定；Al\Ti\Ni成本低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
选取SiC衬底；
在所述SiC衬底表面生长P型SiC同质外延层形成集电区；
在所述P型SiC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层；
在所述N型SiC同质外延层表面生长P型β-Ga2O3异质外延层；
在所述P型β-Ga2O3异质外延层通过干法刻蚀形成发射区；
在所述N型SiC同质外延层通过干法刻蚀形成基区；
并在暴露出的所述P型SiC同质外延层表面部分位置处生长第一金属材料形成集电极；
在所述发射区表面生长第二金属材料形成发射极，最终形成所述Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述SiC衬底表面生长P型SiC同质外延层形成集电区，包括：
利用LPCVD工艺，在所述SiC衬底表面生长掺杂Al元素的P型SiC材料以形成厚度为3～5μm、掺杂浓度为1×1016～1×1017cm-3所述同质外延层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述P型SiC同质外延层表面生长N型SiC同质外延层，包括：
利用LPCVD工艺，在所述P型SiC同质外延层表面生长掺杂N元素的N型SiC材料以形成厚度为0.3～0.5μm、掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3的所述N型SiC同质外延层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述N型SiC同质外延层表面生长P型β-Ga2O3异质外延层，包括：
利用分子束外延工艺，在所述N型SiC同质层表面生长掺杂元素为Cu或者Zn，掺杂浓度为1×1019～9×1019cm-3，厚度为0.5～0.8μm的所述P型β-Ga2O3异质外延层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述P型β-Ga2O3异质外延层通过干法刻蚀形成发射区，包括：
采用第一掩膜板，采用BCl3作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述P型β-Ga2O3异质外延层进行刻蚀形成所述发射区。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述N型SiC同质外延层通过干法刻蚀形成基区，包括：
采用第二掩膜板，采用CF4或O2作为刻蚀气体，利用等离子刻蚀工艺对所述N型SiC同质外延层进行刻蚀形成所述基区。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在暴露出的所述P型SiC同质外延层表面部分位置处生长第一金属材料形成集电极，包括：
利用磁控溅射工艺在所述集电区表面溅射Ni金属材料；
在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述P型SiC同质外延层表面与所述Ni金属材料表面形成欧姆接触以完成所述集电极的制备。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述发射区表面生长第二金属材料形成发射极，包括：
利用磁控溅射工艺在所述发射区表面溅射Ti材料和Au材料形成Ti/Au叠层双金属材料；
在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述发射区表面与所述Ti/Au叠层双金属材料表面形成欧姆接触以完成所述发射极的制备。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用磁控溅射工艺在所述发射区表面溅射Ti材料和Au材料形成Ti/Au叠层双金属材料，包括：
采用第四掩膜版，以Ti材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述发射区表面溅射所述Ti材料；
采用所述第四掩膜版，以Au材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W的条件下，在所述Ti材料表面溅射Au材料形成所述第二Ti/Au叠层双金属材料。
10.一种Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管，其特征在于，所述Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管由权利要求1-9任一项所述的方法制备形成。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611124462.XA CN106784125A (zh) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 |
| PCT/CN2017/114673 WO2018103645A1 (zh) | 2016-12-08 | 2017-12-05 | Ga2O3/SiC异质结NPN/PNP光电晶体管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611124462.XA CN106784125A (zh) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106784125A true CN106784125A (zh) | 2017-05-31 |
Family
ID=58877454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611124462.XA Pending CN106784125A (zh) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106784125A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107302054A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-10-27 | 西安电子科技大学 | 双异质结光探测器及其制备方法 |
| WO2018103645A1 (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | 西安电子科技大学 | Ga2O3/SiC异质结NPN/PNP光电晶体管的制备方法 |
| CN108717945A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-30 | 西安理工大学 | 一种具有NiO/SiC异质发射结的SiC光触发晶闸管 |
| CN111415979A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-14 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种垂直异质p-n结结构器件及其制备方法 |
| CN114695582A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-01 | 陕西半导体先导技术中心有限公司 | 一种双峰值异质结紫外探测器及制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536952A (en) * | 1992-03-24 | 1996-07-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heterojunction bipolar transistor |
| US6362065B1 (en) * | 2001-02-26 | 2002-03-26 | Texas Instruments Incorporated | Blocking of boron diffusion through the emitter-emitter poly interface in PNP HBTs through use of a SiC layer at the top of the emitter epi layer |
| CN1753191A (zh) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | 璨圆光电股份有限公司 | 基于氮化镓半导体的紫外线光检测器 |
-
2016
- 2016-12-08 CN CN201611124462.XA patent/CN106784125A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536952A (en) * | 1992-03-24 | 1996-07-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heterojunction bipolar transistor |
| US6362065B1 (en) * | 2001-02-26 | 2002-03-26 | Texas Instruments Incorporated | Blocking of boron diffusion through the emitter-emitter poly interface in PNP HBTs through use of a SiC layer at the top of the emitter epi layer |
| CN1753191A (zh) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | 璨圆光电股份有限公司 | 基于氮化镓半导体的紫外线光检测器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YINGYU QU: ""Enhanced Ga203/SiC ultraviolet photodetector with graphene top electrodes"", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018103645A1 (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | 西安电子科技大学 | Ga2O3/SiC异质结NPN/PNP光电晶体管的制备方法 |
| CN107302054A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-10-27 | 西安电子科技大学 | 双异质结光探测器及其制备方法 |
| CN107302054B (zh) * | 2017-06-05 | 2019-09-20 | 西安电子科技大学 | 双异质结光探测器及其制备方法 |
| CN108717945A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-30 | 西安理工大学 | 一种具有NiO/SiC异质发射结的SiC光触发晶闸管 |
| CN108717945B (zh) * | 2018-05-24 | 2022-01-07 | 西安理工大学 | 一种具有NiO/SiC异质发射结的SiC光触发晶闸管 |
| CN111415979A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-14 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种垂直异质p-n结结构器件及其制备方法 |
| CN114695582A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-01 | 陕西半导体先导技术中心有限公司 | 一种双峰值异质结紫外探测器及制备方法 |
| CN114695582B (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-13 | 陕西半导体先导技术中心有限公司 | 一种双峰值异质结紫外探测器及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106784125A (zh) | Ga2O3/SiC异质结光电PNP晶体管及其制备方法 | |
| CN106531838B (zh) | 基于Ga2O3/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法 | |
| CN106449894B (zh) | 基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管及其制备方法 | |
| CN106169516B (zh) | 一种基于石墨烯的硅基紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN107863413B (zh) | 一种AlGaN基日盲紫外雪崩异质结光电晶体管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 | |
| WO2018103645A1 (zh) | Ga2O3/SiC异质结NPN/PNP光电晶体管的制备方法 | |
| CN101971367B (zh) | 红外线发光元件 | |
| Haydl et al. | Ytterbium‐doped InP light‐emitting diode at 1.0 μm | |
| CN106409987B (zh) | 基于Ir2O3/Ga2O3的深紫外APD探测二极管及其制作方法 | |
| CN110660882B (zh) | 一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法 | |
| CN109037374A (zh) | 基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN109686809A (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 | |
| CN101494244A (zh) | 背照射平面型PIN结构GaN基紫外探测器及制备方法 | |
| Jiang et al. | Three-dimensional metal–semiconductor–metal bipolar ultraviolet phototransistor based on GaN pin epilayer | |
| Jian et al. | Elevated barrier height originated from electric dipole effect and improved breakdown characteristics in PtOx/β-Ga2O3 Schottky barrier diodes | |
| CN103605150A (zh) | 一种肖特基型中子探测器及其制作方法 | |
| CN109616552B (zh) | GaN/SiC异质结侧向型光控IMPATT二极管及其制备方法 | |
| Said et al. | Design, fabrication, and analysis of crystalline Si-SiGe heterostructure thin-film solar cells | |
| Shigekawa et al. | Transport characteristics of minority electrons across surface-activated-bonding based p-Si/n-4H-SiC heterointerfaces | |
| CN102005486B (zh) | 基于碳化硅三极管的β射线探测器 | |
| CN109659363A (zh) | 一种氮化镓hemt结构低欧姆接触结构的制备方法 | |
| CN109509808B (zh) | 一种SiC/Si异质结侧向型光敏IMPATT二极管及其制备方法 | |
| CN114678439B (zh) | 一种对称叉指结构的2deg紫外探测器及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |