CN108231924A - 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器及其制备方法。该紫外探测器，由下至上，依次包括r面蓝宝石衬底、非极性GaN缓冲层、非极性AlGaN层以及与非极性AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。本发明通过在进行表面清洁处理后的r面蓝宝石衬底上，采用PLD技术依次生长AlN籽晶层和非极性GaN缓冲层，再采用MOCVD工艺外延生长非极性AlGaN层，经光刻处理、蒸镀Ni/Au金属叉指电极，最后进行封装，得到所述生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器。本发明的紫外探测器具有暗电流小、光响应度高的特点，对紫外光的具有十分灵敏的探测效果。
Description
技术领域
本发明涉及紫外探测器的技术领域，特别涉及生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基金属-半导体-金属(MSM)型紫外探测器及其制备方法。
背景技术
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后开发的一种新型光电检测技术，由于良好的日盲特性，具有非视线通讯、低窃听率和没有背景信号干扰等优点，在军事和民用等方面应用广泛。在军事上，主要可应用于紫外通讯、用于导弹制导、导弹预警、紫外分析和生化分析等领域。在民用上，环境检测、生物医药分析、臭氧检测、明火探测和太阳照度检测等方面都有紫外探测的需求。目前，实现产业化广泛应用的主要是Si基光电二极管紫外探测器，但由于Si的探测区域包括可见光，只有装了滤光系统后才能实现对紫外光的探测，增加了体积和成本。另外，Si对紫外光的吸收能力很强，抗辐射能力弱，这限制了紫外探测器的发展。
第三代宽带隙半导体材料(包含GaN、AlN、InN以及三、四元化合物)，因其具有禁带宽度大、电子迁移速率快、热稳定性好和抗辐射能力强等特性使其十分适合于制作频率高、功率大、集成度高和抗辐射的电子器件，在发光二极管、紫外探测器件和太阳能电池等许多领域得到广泛应用。AlGaN材料具有宽禁带、直接带隙，其能够通过调节合金的组分，实现禁带宽度从3.4eV到6.2eV的连续可调，相当于截止波长为200nm到365nm，具有可见光盲特性，这个特性使它在可见光的干扰下也能探测到紫外的信号，无需滤光系统和做成浅结，是制备紫外探测器的理想材料。此外，随着AlGaN薄膜外延生长技术不断的成熟，晶体质量一直的提高，再加上成本也在不停的下降，这些共同作用，使得AlGaN基紫外探测器的前景越来越大。
AlGaN基紫外探测器虽然取得了一定的突破，但是远没有达到商业应用的程度，制约AlGaN基紫外探测器发展的一个关键问题是：目前广泛使用的AlGaN基紫外探测器都是沿极性c轴生长的。c轴方向上，金属原子集合和N原子集合的质心不重合，从而形成电偶极子，产生自发极化场和压电极化场，进而引起量子束缚斯塔克效应(Quantum-confinedStarker Effect，QCSE)，电子和空穴的波函数的空间分布和交叠状况发生改变，使能带发生弯曲，最终影响外量子效率，并造成探测器探测不稳定。解决这一问题最好的办法是采用非极性AlGaN材料制作紫外探测器，以消除量子束缚斯塔克效应的影响。理论研究表明，使用非极性AlGaN来制造紫外探测器，将可使紫外探测器外量子效率提高近一倍。
目前，制备非极性GaN薄膜的新型衬底的代表主要有r面蓝宝石、LiAlO2等。与其它衬底相比，r面蓝宝石衬底具有以下两个重要优势：第一，蓝宝石的制备工艺已经非常成熟；第二，大尺寸蓝宝石衬底已经实现商业化生产，而且价格相对便宜——这为工业化生产奠定了坚实的基础。而MSM型紫外探测器相对于其他类型的紫外探测器例如PIN型，雪崩型紫外探测器，因具有结构简单、响应速度快、光响应度高等诸多优点，得到了越来越广泛的应用。一旦r面蓝宝石衬底上非极性紫外探测器取得突破，它就可以迅速实现产业化生产，创造大量的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基金属-半导体-金属(MSM)型紫外探测器。该生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器具有包括暗电流小以及光响应度高的特点，对紫外光的具有十分灵敏的探测效果。
本发明的目的还在于提供制备所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器的方法。该制备方法工艺简单、省时高效。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，由下至上，依次包括r面蓝宝石衬底、非极性GaN缓冲层、非极性AlGaN层以及与非极性AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。
进一步地，所述非极性GaN缓冲层的厚度为150～350nm。
进一步地，所述非极性AlGaN层的厚度为300～450nm。
进一步地，所述Ni/Au金属叉指电极为Ni和Au由下至上依次层叠的金属层叉指电极，其中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20～40nm和300～400nm。
进一步地，所述Ni/Au金属叉指电极的长度为220～300μm，宽度为5～15μm，电极间距为5～25μm，对数为30～50对。
制备上述任一项所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的方法，包括如下步骤：
(1)对r面蓝宝石衬底进行表面清洁处理，除去表面污染物，再转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室，脉冲激光沉积(PLD)生长AlN籽晶层，再继续脉冲激光沉积生长非极性GaN缓冲层，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层结构；
(2)采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)工艺在非极性GaN缓冲层上外延生长非极性AlGaN层，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层结构；
(3)对r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层结构进行清洗处理，再进行光刻处理后，利用电子束蒸发镀膜系统在非极性AlGaN层上依次蒸镀Ni金属层和Au金属层，去胶，形成Ni/Au金属叉指电极，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构；
(4)将r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合，再封装，得到所述生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器。
进一步地，步骤(1)中，所述r面蓝宝石衬底的晶格取向以(10-12)面偏(1-100)方向0.1～0.2°为外延面，晶体外延取向关系为：非极性GaN缓冲层的(0001)面平行于r面蓝宝石的(-1011)面。
进一步地，步骤(1)中，所述表面清洁处理的工艺条件为：
将r面蓝宝石衬底放入去离子水中，室温下超声清洗5～10分钟，去除r面蓝宝石衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物，最后用高纯干燥氮气吹干。
进一步地，步骤(1)中，所述脉冲激光沉积生长AlN籽晶层的工艺为：真空条件下，将r面蓝宝石衬底加热至850～900℃，烘烤20～30分钟，除去r面蓝宝石衬底表面残余的杂质，然后通入N2等离子体，保温30～60分钟，使r面蓝宝石衬底表面形成AlN籽晶层，形成的AlN籽晶层为GaN缓冲层生长提供模板。
进一步地，步骤(1)中，脉冲激光沉积生长非极性GaN缓冲层的工艺为：将生长有AlN籽晶层的r面蓝宝石衬底加热至350～550℃，采用脉冲激光轰击GaN靶材，同时通入N2等离子体，控制反应室压力为1～2×10-3Torr，沉积形成非极性GaN缓冲层，形成横向外延区。
更进一步地，所述脉冲激光的激光能量为250～400mJ，激光频率为12～30Hz。
进一步地，步骤(2)中，外延生长非极性AlGaN层的工艺为：
将r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层结构放入MOCVD设备中并加热至750～850℃，通入H2进行表面清洗2～5min，H2流量为300～350sccm，关闭H2，通入三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)与氨气，控制反应室压力为100～200Torr；
其中，保持TMGa流量为0～450sccm，TMA1流量为0～450sccm，氨气流量为10～20slm，通过控制TMGa与TMAl不同的流量控制AlGaN材料的Al组分从0～1可调，实现AlGaN禁带宽度从3.4eV到6.2eV连续可调。
进一步地，步骤(3)中，所述清洗处理为：依次用丙酮以及酒精分别超声清洗3～5min和5～8min，去除表面的有机杂质；接着使用去离子水超声清洗5～8min，去除表面的无机杂质；最后用氮气枪吹走表面的水汽。
进一步地，步骤(3)中，所述光刻处理的工艺为：先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性，再利用匀胶机旋涂负性光刻胶30～60s，经前烘、曝光、后烘、显影、坚膜，以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀(RIE)处理4～8min，清洗，最后热氮气烘干5～10min。
更进一步地，所述前烘是在烘箱中进行45～75℃加热处理5～10min。
更进一步地，所述曝光是将样品和光刻掩膜版同时放置在光刻机上，然后进行紫外光源的照射5～10s。
更进一步地，所述后烘是在烘箱中进行50～75℃加热处理10～20min。
更进一步地，所述显影是将样品放入6～8wt％的四丁基铵氢氧化物(TBAH)水溶液显影液中溶解5～10min。
更进一步地，所述坚膜是在烘箱中进行50～75℃加热处理6～8min。
更进一步地，所述清洗是依次用丙酮以及酒精分别超声清洗3～5min和5～8min，去除表面的有机杂质；接着使用去离子水超声清洗5～8min，去除表面的无机杂质；最后用氮气枪吹走表面的水汽。
进一步地，步骤(3)中，所述去胶是在丙酮中超声5～10min，从而去掉了不需要的部分，留下了所需的叉指电极图案。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，首先使用脉冲激光沉积工艺在r面蓝宝石衬底上外延一层高质量的非极性GaN缓冲层，一方面GaN与蓝宝石衬底晶格失配较小(15.6％)；另一方面，非极性GaN缓冲层可形成生长区模板，为后续MOCVD的横向外延过生长提供条件，减少了直接生长非极性AlGaN因为失配而导致的位错；
(2)本发明制备方法工艺简单、省时高效，有利于制备高质量的非极性AlGaN薄膜，具有缺陷密度低、结晶质量好等特点，可广泛应用于制备包括紫外LED、紫外LD以及紫外探测器等领域；
(3)本发明生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器采用了非极性AlGaN材料作为有源层材料，因为非极性AlGaN材料的禁带宽度可以根据Al组分的不同从3.4eV到6.2eV连续可调，使探测器可以对波长为200nm到365nm的光进行有效探测，具有良好的可见光盲特性；
(4)本发明制备的紫外探测器可实现对紫外光的灵敏探测，可应用于紫外检测等领域，经济效益可观。
附图说明
图1为本发明的MSM型紫外探测器的结构剖面示意图；
图2为本发明的MSM型紫外探测器的叉指电极的结构示意图；
图3为实施例1制备的MSM型紫外探测器的暗电流随外加偏压变化的曲线图；
图4为实施例1制备的MSM型紫外探测器的光谱响应曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
本发明的MSM型紫外探测器的结构剖面示意图如图1所示，由下至上，依次包括r面蓝宝石衬底1、非极性GaN缓冲层2、非极性AlGaN层3以及与非极性AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极4；
其中，非极性GaN缓冲层的厚度为150～350nm；非极性AlGaN层的厚度为300～450nm；
Ni/Au金属叉指电极(结构示意图如图2所示)中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20～40nm和300～400nm；Ni/Au金属叉指电极的长度为220～300μm，宽度为5～15μm，电极间距为5～25μm，对数为30～50对。
实施例1
生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的制备，具体制备步骤如下：
(1)衬底以及其晶向的选取：采用r面蓝宝石衬底，以(10-12)面偏(1-100)方向0.1°为外延面，晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于r面蓝宝石的(-1011)面；
(2)衬底清洗以及退火处理；
清洗具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入去离子水中室温下超声清洗5分钟，去除r面蓝宝石衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，除去表面污染物；
脉冲激光沉积生长AlN籽晶层的具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入PLD生长室，在真空条件下，将衬底温度升至850℃，高温烘烤20分钟，除去r面蓝宝石衬底表面残余的杂质，然后通入N2等离子体，保温30分钟，使衬底表面形成AlN籽晶层，为GaN生长提供模板；
(3)将步骤(2)处理后的r面蓝宝石衬底转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室，生长150nm非极性GaN缓冲层，形成横向外延区；具体工艺条件为：衬底温度升至350℃，采用脉冲激光轰击高纯GaN(99.99％)靶材，同时通入N2等离子体，控制反应室压力为1×10- 3Torr，激光能量为250mJ，激光频率为12Hz：
(4)采用MOCVD工艺生长300nm非极性AlGaN层；具体工艺条件为：衬底加热至750℃，通入H2对样品表面进行清洗2min，H2流量为300sccm，关闭H2，通入TMGa、TMAl与氨气，控制反应室压力为100Torr，保持TMGa流量为220sccm，TMAl流量为220sccm，氨气流量为10slm，控制AlGaN材料的Al组分为0.5，实现AlGaN禁带宽度约为4.9eV，因而可对波长约为253nm的光进行有效探测；
(5)将步骤(4)处理得到的样品进行清洗处理，具体为：依次用丙酮、酒精分别超声清洗3min和5min，去除表面的有机杂质，接着使用去离子水超声清洗5min，去除表面的无机杂质，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽；
(6)将步骤(5)处理得到的样品进行光刻处理，具体工艺为：先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性，再利用匀胶机旋涂负性光刻胶30s，经前烘(烘箱中进行45℃加热处理5min)、曝光(将样品和光刻掩膜版同时放置在光刻机上，然后进行紫外光源的照射5s)、后烘(烘箱中进行50℃加热处理10min)、显影(样品放入6wt％的TBAH水溶液显影液中溶解5min)、坚膜(烘箱中进行50℃加热处理6min)，以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀(RIE)处理4min，清洗(依次用丙酮、酒精分别超声清洗3min和5min，接着使用去离子水超声清洗5min，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽)，最后热氮气烘干5min；
(7)利用电子束蒸发镀膜系统，在样品上依次蒸镀Ni和Au两层金属层，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20nm和300nm，将蒸镀好金属的样品放入丙酮中超声去胶5min，从而去掉了不需要的部分，留下了所需的叉指电极图案，形成Ni/Au金属叉指电极；Ni/Au叉指电极的长度为220μm，宽度为5μm，电极间距为5μm，对数为30对；
(8)将做好电极的样品进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合等工艺，最后封装，经上述工艺后得到生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的结构剖面示意图参见图1，其中，非极性GaN缓冲层的厚度为150nm，非极性AlGaN层的厚度为300nm；Ni/Au金属叉指电极的长度为220μm，宽度为5um，电极间距为5μm，对数为30对；Ni/Au金属叉指电极中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20nm和300nm。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的暗电流随外加偏压变化的曲线图如图3所示，由图3可知，暗电流随着外加偏压的增大而增大，而且图像在正负压区域有很好的对称性，在1V偏压下，暗电流仅为0.60μA；在5V偏压下，暗电流为6.67μA，说明制备的紫外探测器具有良好的暗电流特性；同时，随着偏压的增大，反向偏压下的电极附近的耗尽区也是不断地在增大，当电压达到击穿电压的时候，暗电流将显著增大。以上结果分析表明，非极性AlGaN层和Ni/Au金属叉指电极之间形成了良好的肖特基接触。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的光谱响应曲线图如图4所示，由图4可知，响应度在249nm后开始迅速下降，呈现陡峭的截止边，这说明制备的紫外探测器具有良好的“可见光盲”特性，对紫外光的具有十分灵敏的探测效果。
实施例2
生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的制备，具体制备步骤如下：
(1)衬底以及其晶向的选取：采用r面蓝宝石衬底，以(10-12)面偏(1-100)方向0.15°为外延面，晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于r面蓝宝石的(-1011)面；
(2)衬底清洗以及退火处理；
清洗具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入去离子水中室温下超声清洗8分钟，去除r面蓝宝石衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，除去表面污染物；
脉冲激光沉积生长AlN籽晶层的具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入PLD生长室，在真空条件下，将衬底温度升至880℃，高温烘烤25分钟，除去r面蓝宝石衬底表面残余的杂质，然后通入N2等离子体，保温40分钟，使衬底表面形成AlN籽晶层，为GaN生长提供模板；
(3)将步骤(2)处理后的r面蓝宝石衬底转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室，生长260nm非极性GaN缓冲层，形成横向外延区；具体工艺条件为：衬底温度升至400℃，采用脉冲激光轰击高纯GaN(99.99％)靶材，同时通入N2等离子体，控制反应室压力为1.4×10- 3Torr，激光能量为300mJ，激光频率为25Hz；
(4)采用MOCVD工艺生长380nm非极性AlGaN层；具体工艺条件为：衬底加热至800℃，通入H2对样品表面进行清洗4min，H2流量为320sccm，关闭H2，通入TMGa、TMA1与氨气，控制反应室压力为150Torr，保持TMGa流量为0sccm，TMAl流量为450sccm，氨气流量为15slm，控制AlGaN材料的Al组分为1，实现AlGaN禁带宽度约为6.2eV，因而可对波长约为200nm的光进行有效探测；
(5)将步骤(4)处理得到的样品进行清洗处理，具体为：依次用丙酮、酒精分别超声清洗4min和6min，去除表面的有机杂质，接着使用去离子水超声清洗6min，去除表面的无机杂质，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽；
(6)将步骤(5)处理得到的样品进行光刻处理，具体工艺为：先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性，再利用匀胶机旋涂负性光刻胶40s，经前烘(烘箱中进行65℃加热处理8min)、曝光(将样品和光刻掩膜版同时放置在光刻机上，然后进行紫外光源的照射8s)、后烘(烘箱中进行65℃加热处理15min)、显影(样品放入7wt％的TBAH水溶液显影液中溶解8min)、坚膜(烘箱中进行60℃加热处理7min)，以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀(RIE)处理6min，清洗(依次用丙酮、酒精分别超声清洗4min和6min，接着使用去离子水超声清洗6min，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽)，最后热氮气烘干8min；
(7)利用电子束蒸发镀膜系统，在样品上依次蒸镀Ni和Au两层金属层，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为30nm和350nm，将蒸镀好金属的样品放入丙酮中超声去胶8min，从而去掉了不需要的部分，留下了所需的叉指电极图案，形成Ni/Au金属叉指电极；Ni/Au叉指电极的长度为280μm，宽度为10μm，电极间距为15μm，对数为40对；
(8)将做好电极的样品进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合等工艺，最后封装，经上述工艺后得到生长在r面蓝宝石衬底上AlGaN基MSM型紫外探测器。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的结构中，非极性GaN缓冲层的厚度为260nm，非极性AlGaN层的厚度为380nm；Ni/Au金属叉指电极的长度为280μm，宽度为10μm，电极间距为15μm，对数为40对；Ni/Au金属叉指电极中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为30nm和350nm。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器具有良好的暗电流特性，非极性AlGaN层和Ni/Au金属叉指电极之间形成了良好的肖特基接触。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器具有良好的“可见光盲”特性，对紫外光的具有十分灵敏的探测效果。
实施例3
生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的制备，具体制备步骤如下：
(1)衬底以及其晶向的选取：采用r面蓝宝石衬底，以(10-12)面偏(1-100)方向0.2°为外延面，晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于r面蓝宝石的(-1011)面；
(2)衬底清洗以及退火处理；
清洗具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入去离子水中室温下超声清洗10分钟，去除r面蓝宝石衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，除去表面污染物；
脉冲激光沉积生长AlN籽晶层的具体工艺为：将r面蓝宝石衬底放入PLD生长室，在真空条件下，将衬底温度升至900℃，高温烘烤30分钟，除去r面蓝宝石衬底表面残余的杂质，然后通入N2等离子体，保温60分钟，使衬底表面形成AlN籽晶层，为GaN生长提供模板；
(3)将步骤(2)处理后的r面蓝宝石衬底转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室，生长350nm非极性GaN缓冲层，形成横向外延区；具体工艺条件为：衬底温度升至550℃，采用脉冲激光轰击高纯GaN(99.99％)靶材，同时通入N2等离子体，控制反应室压力为2×10- 3Torr，激光能量为400mJ，激光频率为30Hz；
(4)采用MOCVD工艺生长450nm非极性AlGaN层；具体工艺条件为：衬底加热至850℃，通入H2对样品表面进行清洗5min，H2流量为350sccm，关闭H2，通入TMGa、TMAl与氨气，控制反应室压力为200Torr，保持TMGa流量为450sccm，TMAl流量为0sccm，氨气流量为20slm，控制AlGaN材料的Al组分为0，实现AlGaN禁带宽度约为3.4eV，因而可对波长约为365nm的光进行有效探测；
(5)将步骤(4)处理得到的样品进行清洗处理，具体为：依次用丙酮、酒精分别超声清洗5min和8min，去除表面的有机杂质，接着使用去离子水超声清洗8min，去除表面的无机杂质，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽；
(6)将步骤(5)处理得到的样品进行光刻处理，具体工艺为：先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性，再利用匀胶机旋涂负性光刻胶60s，经前烘(烘箱中进行75℃加热处理10min)、曝光(将样品和光刻掩膜版同时放置在光刻机上，然后进行紫外光源的照射10s)、后烘(烘箱中进行75℃加热处理20min)、显影(样品放入8wt％的TBAH水溶液显影液中溶解10min)、坚膜(烘箱中进行75℃加热处理8min)，以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀(RIE)处理8min，清洗(依次用丙酮、酒精分别超声清洗5min和8min，接着使用去离子水超声清洗8min，最后用用氮气枪吹走样品表面的水汽)，最后热氮气烘干10min；
(7)利用电子束蒸发镀膜系统，在样品上依次蒸镀Ni和Au两层金属层，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为40nm和400nm，将蒸镀好金属的样品放入丙酮中超声去胶10min，从而去掉了不需要的部分，留下了所需的叉指电极图案，形成Ni/Au金属叉指电极；Ni/Au叉指电极的长度为300μm，宽度为15μm，电极间距为25μm，对数为50对；
(8)将做好电极的样品进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合等工艺，最后封装，经上述工艺后得到生长在r面蓝宝石衬底上AlGaN基MSM型紫外探测器。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的结构中，非极性GaN缓冲层的厚度为350nm，非极性AlGaN层的厚度为450nm；Ni/Au金属叉指电极的长度为300μm，宽度为15μm，电极间距为25μm，对数为50对；Ni/Au金属叉指电极中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为40nm和400nm。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器具有良好的暗电流特性，非极性AlGaN层和Ni/Au金属叉指电极之间形成了良好的肖特基接触。
制备的生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器具有良好的“可见光盲”特性，对紫外光的具有十分灵敏的探测效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，其特征在于，由下至上，依次包括r面蓝宝石衬底、非极性GaN缓冲层、非极性AlGaN层以及与非极性AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。
2.根据权利要求1所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，其特征在于，所述非极性GaN缓冲层的厚度为150～350nm。
3.根据权利要求1所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，其特征在于，所述非极性AlGaN层的厚度为300～450nm。
4.根据权利要求1所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器，其特征在于，所述Ni/Au金属叉指电极为Ni和Au由下至上依次层叠的金属层叉指电极，其中，Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20～40nm和300～400nm；所述Ni/Au金属叉指电极的长度为220～300μm，宽度为5～15μm，电极间距为5～25μm，对数为30～50对。
5.制备权利要求1～4任一项所述的一种生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对r面蓝宝石衬底进行表面清洁处理，除去表面污染物，再转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室，脉冲激光沉积生长AlN籽晶层，再继续脉冲激光沉积生长非极性GaN缓冲层，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层结构；
(2)采用金属有机化合物化学气相沉淀工艺在非极性GaN缓冲层上外延生长非极性AlGaN层，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层结构；
(3)对r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层结构进行清洗处理，再进行光刻处理后，利用电子束蒸发镀膜系统在非极性AlGaN层上依次蒸镀Ni金属层和Au金属层，去胶，形成Ni/Au金属叉指电极，得到r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构；
(4)将r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层/非极性AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合，再封装，得到所述生长在r面蓝宝石衬底上的非极性AlGaN基MSM型紫外探测器。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述r面蓝宝石衬底的晶格取向以(10-12)面偏(1-100)方向0.1～0.2°为外延面，晶体外延取向关系为：非极性GaN缓冲层的(0001)面平行于r面蓝宝石的(-1011)面；
所述表面清洁处理的工艺条件为：
将r面蓝宝石衬底放入去离子水中，室温下超声清洗5～10分钟，去除r面蓝宝石衬底表面粘污颗粒，再经过乙醇洗涤，去除表面有机物，最后用高纯干燥氮气吹干。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，脉冲激光沉积生长AlN籽晶层的工艺为：真空条件下，将r面蓝宝石衬底加热至850～900℃，烘烤20～30分钟，除去r面蓝宝石衬底表面残余的杂质，然后通入N2等离子体，保温30～60分钟，使r面蓝宝石衬底表面形成AlN籽晶层。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，脉冲激光沉积生长非极性GaN缓冲层的工艺为：将生长有AlN籽晶层的r面蓝宝石衬底加热至350～550℃，采用脉冲激光轰击GaN靶材，同时通入N2等离子体，控制反应室压力为1～2×10-3Torr，沉积形成非极性GaN缓冲层；
所述脉冲激光的激光能量为250～400mJ，激光频率为12～30Hz。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，外延生长非极性AlGaN层的工艺为：
将r面蓝宝石衬底/非极性GaN缓冲层结构放入MOCVD设备中并加热至750～850℃，通入H2进行表面清洗2～5min，H2流量为300～350sccm，关闭H2，通入三甲基镓、三甲基铝与氨气，控制反应室压力为100～200Torr；
其中，保持三甲基镓流量为0～450sccm，三甲基铝流量为0～450sccm，氨气流量为10～20slm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述清洗处理为：依次用丙酮以及酒精分别超声清洗3～5min和5～8min，去除表面的有机杂质，接着使用去离子水超声清洗5～8min，去除表面的无机杂质，最后用氮气枪吹走表面的水汽；
所述光刻处理的工艺为：先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性，再利用匀胶机旋涂负性光刻胶30～60s，经前烘、曝光、后烘、显影、坚膜，以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀处理4～8min，清洗，最后热氮气烘干5～10min。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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