CN108615782A - 一种紫外探测器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种紫外探测器及其制造方法，所述紫外探测器包括：衬底；第一欧姆接触电极，形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，设置在所述底部欧姆接触电极层的表面上以及所述凸起结构的表面上，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；第二欧姆接触电极，形成在层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型ZnO层的部分表面上。本发明的结构提高了与紫外光的接触面积，增强了层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层对紫外光的吸收，提高了光生载流子的浓度，进而提高紫外探测器的灵敏度。

Description

一种紫外探测器及其制造方法
技术领域
本发明涉及紫外探测技术领域，具体而言涉及一种紫外探测器及其制造方法。
背景技术
紫外探测器基于半导体光电效应，当紫外光入射到半导体时，价带的电子吸收光子能量跃迁到导带，参与导电。常规半导体材料，例如硅，禁带宽度为1.12eV可吸收红外-可见光-紫外光等光谱，因此不能作为紫外探测器。常采用的结构为金属半导体肖特基、PN结、PIN结等具有耗尽层的结构，当在耗尽层中产生光生载流子时，在内建电场的作用下，光生电子和空穴分别被两个电极收集，从而产生电信号，通过该电信号可探测空间中是否存在紫外线。
第三代宽带隙半导体材料主要包括SiC、GaN、ZnO和金刚石，同第一代半导体材料相比，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热系数高等特点，适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。而且利用其特有的宽禁带，还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光探测器件。
紫外探测技术在高温火焰检测、紫外通讯、生化物质检测以及空间探测等领域有着广泛的应用。紫外探测技术的核心是紫外探测器，紫外探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，利用光电效应把光学辐射转化成电学信号。紫外探测器的主要参数包括暗电流、光电流、响应度、量子效率和响应时间等。
ZnO是一种新型Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV。ZnO和GaN同为六角纤锌矿结构，具有相近的晶格常数和禁带宽度，且ZnO具有更高的熔点和激子束缚能以及良好的机电耦合性和电子诱生缺陷。此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外延，提高薄膜质量，易实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在紫外光探测、表面声波器件、太阳电池、可变电阻等诸多领域的到广泛应用。并且ZnO薄膜传感器具有响应速度快、集成化程度高、功率低、灵敏度高、选择性好、原料低廉易得等优点。
然而，如何设计和制备高性能的紫外探测器一直是业内的研究热点。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对目前存在的问题，本发明一方面提供一种紫外探测器，包括：
衬底；
第一欧姆接触电极，形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，设置在所述底部欧姆接触电极层的表面上以及所述凸起结构的表面上，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
第二欧姆接触电极，形成在层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型ZnO层的部分表面上。
示例性，还包括介质层，位于所述衬底和第一欧姆接触电极之间。
示例性，相邻所述凸起结构之间的间距与所述凸起结构的宽度之比大于或等于1:1。
示例性，所述凸起结构的高度小于3μm。
示例性，所述凸起结构呈阵列排布；所述凸起结构的形状为长条形或者圆柱形。
示例性，所述i型ZnO层的厚度大于所述n型ZnO层的厚度，所述i型ZnO层的厚度大于所述p型ZnO层的厚度。
示例性，与n型ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数小于与p型的ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数。
示例性，所述第二欧姆接触电极呈环形，设置在所述凸起结构外侧的所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘上。
示例性，还包括：第一欧姆接触电极窗口，所述第一欧姆接触电极窗口贯穿所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，露出部分所述第一欧姆接触电极，或者，所述第一欧姆接触电极窗口贯穿所述衬底露出部分所述第一欧姆接触电极。
本发明另一方面提供一种紫外探测器的制造方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一欧姆接触电极，其中，所述第一欧姆接触电极包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
形成层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，以覆盖所述底部欧姆接触电极层的表面以及所述凸起结构的表面，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
形成第二欧姆接触电极，覆盖部分所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的顶面。
示例性，形成所述第一欧姆接触电极的方法包括：
在所述衬底表面上形成欧姆接触电极材料层；
利用光刻、刻蚀工艺刻蚀所述欧姆接触电极材料层，以形成所述第一欧姆接触电极。
示例性，相邻所述凸起结构之间的间距与所述凸起结构的宽度之比大于或等于1:1。
示例性，所述凸起结构呈阵列排布；所述凸起结构的形状为长条形或者圆柱形。
示例性，在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之后，利用光刻、刻蚀所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层或者所述衬底形成露出部分所述第一欧姆接触电极的第一欧姆接触电极窗口。
示例性，所述第二欧姆接触电极呈环形，设置在所述凸起结构外侧的所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘。
示例性，形成所述第二欧姆接触电极的方法包括：
在所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的顶面形成图案化的光刻胶层，该图案化的光刻胶层露出预定形成的第二欧姆接触电极的区域；
以所述图案化的光刻胶层为掩膜，利用沉积工艺形成所述第二欧姆接触电极；
去除所述图案化的光刻胶层。
示例性，所述i型ZnO层的厚度大于所述n型ZnO层的厚度，所述i型ZnO层的厚度大于所述p型ZnO层的厚度。
示例性，所述凸起结构的高度小于3μm。
本发明的紫外探测器中的第一欧姆接触电极形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构，因此增大了第一欧姆接触电极以及覆盖在第一欧姆接触电极上的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的比表面积，提高了与紫外光的接触面积，增强了层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层对紫外光的吸收，提高了光生载流子的浓度，进而提高紫外探测器的灵敏度。
另外，本发明的紫外探测器包括层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，位于n型ZnO层和p型ZnO层之间的i型ZnO层，能够增加耗尽层的宽度，促进光生载流子的产生，以使PIN型紫外探测器具有高的响应速度，并且为了尽量使光在耗尽区吸收，p型ZnO层的厚度较小，一般pin光电二极管工作于零偏(光伏模式)或反向偏置下(光电二极管模式)，使光生电流和暗电流的差别最大，从而使灵敏度提高。在不是太高的偏压下，随反向偏压的增加，不仅响应率高，而且相应速度也提高，这是因为随偏压的增加，耗尽区加宽，降低了结电容，因而有较小的RC时间常数。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了传统GaN肖特基紫外探测器的剖面示意图；
图2示出了目前的一种TiO2纳米颗粒修饰ZnO肖特基紫外探测器的剖面示意图；
图3A至图3F示出了本发明一个具体实施方式的方法依次实施所获得结构的剖面示意图；
图4A至图4F示出了本发明一个具体实施方式的方法依次实施所获得结构的俯视图；
图5示出了本发明一个具体实施方式的紫外探测器的制造方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤和结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
目前常见的紫外探测器主要包括以下几种类型：第一种是传统的GaN肖特基紫外探测器，如图1所示，这种结构包括位于肖特基电极下方的i-GaN层和位于i-GaN层下方的n-GaN(也即欧姆接触层)，这种结构紫外光通过顶层的肖特基电极进入本征GaN外延层而产生光生载流子，光生载流子被收集而产生光电流。第二种是TiO2纳米颗粒修饰ZnO肖特基紫外探测器，如图2所示，在衬底1上形成有电极2，衬底1和电极2被一层ZnO薄膜3覆盖，ZnO薄膜上生长有ZnO纳米柱阵列4，TiO2纳米颗粒5修饰ZnO纳米柱阵列4，通过TiO2对ZnO表面的修饰，改善了ZnO表面氧空位陷阱态的影响。第三种是PIN结型紫外探测器，然而，目前基于ZnO材料的PIN结构的紫外探测器的报道很少。
实施例一
为了获得性能更高的紫外探测器，本发明提供一种紫外探测器结构，其主要包括：
衬底；
第一欧姆接触电极，形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层设置在所述底部欧姆接触电极层的表面上以及所述凸起结构的表面上，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
第二欧姆接触电极，形成在层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型ZnO层的部分表面上。
本发明的紫外探测器中的第一欧姆接触电极形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构，因此增大了第一欧姆接触电极以及覆盖在第一欧姆接触电极上的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的比表面积，提高了与紫外光的接触面积，增强了层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的吸收，提高了光生载流子的浓度，进而提高紫外探测器的灵敏度。
另外，本发明的紫外探测器包括层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，位于n型ZnO层和p型ZnO层之间的i型ZnO层，能够增加耗尽层的宽度，促进光生载流子的产生，以使PIN型紫外探测器具有高的响应速度，并且为了尽量使光在耗尽区吸收，p型ZnO层的厚度较小，一般pin光电二极管工作于零偏(光伏模式)或反向偏置下(光电二极管模式)，使光生电流和暗电流的差别最大，从而使灵敏度提高。在不是太高的偏压下，随反向偏压的增加，不仅响应率高，而且相应速度也提高，这是因为随偏压的增加，耗尽区加宽，降低了结电容，因而有较小的RC时间常数。
下面参考图3F和图4F对本发明的紫外探测器进行详细解释和说明。
首先，如图3F和图4F所示，本发明的紫外探测器包括衬底100。
具体地，所述衬底100可以是任意适合用于紫外探测器的衬底，例如，所述衬底100的材料包括碳化硅、蓝宝石、氮化铝和表面具有氧化层的单晶硅中的至少一种。
其中，所述衬底100的厚度可以是任意适合的厚度，例如，所述衬底100的厚度在1mm以下。
进一步地，本发明的紫外探测器还包括形成在所述衬底100上的第一欧姆接触电极102，所述第一欧姆接触电极102包括底部欧姆接触电极层1022，以及设置在所述底部欧姆接触电极层1022上的若干个凸起结构1021。
示例性地，所述凸起结构1021的形状为长条形或者圆柱形，或者也可以为其他的适合形状，例如圆台形。
在一个示例中，所述凸起结构1021呈阵列排布在所述底部欧姆接触电极层1022上。
在一个示例中，所述凸起结构1021垂直于所述底部欧姆接触电极层1022的表面。
相邻凸起结构1021之间的间隙深度根据器件需要合理设定，例如，相邻所述凸起结构1021之间的间隙的深度小于3μm，该数值仅作为示例，对于其他适合的数值同样适用于本发明。
进一步地，相邻所述凸起结构1021之间的间距与所述凸起结构1021的宽度之比还可以大于或等于1:1，用于控制相邻凸起结构之间具有合理的间距，以保证足够厚度的层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型的ZnO层覆盖所述凸起结构的表面。
由于第一欧姆接触电极102包括若干个凸起结构1021，因此，第一欧姆接触电极102的比表面积相比不包括凸起结构1021的平面型的欧姆接触电极明显增大。
在一个示例中，如图3F所示，在所述衬底100和所述第一欧姆接触电极之间还设置有介质层101，该介质层101例如包括氧化物，特别是氧化硅，其中，所述介质层101还起到绝缘的作用，该介质层101用于增加器件结构的稳定性，增加了器件与衬底100之间的隔离，可以降低对衬底100的电阻率要求，防止器件的电极之间有漏电的发生。
在一个示例中，本发明的紫外探测器还包括层叠的n型ZnO层1031、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033，设置在所述底部欧姆接触电极层的表面上以及所述凸起结构的表面上，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间，所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层构成PIN结。
示例性地，如图3F所示，n型ZnO层1031、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033自下而上依次层叠。
在另一个示例中，还可以是p型ZnO层、i型ZnO层和n型ZnO层自下而上依次层叠。
示例性地，如图3F所示，i型ZnO层1032的厚度大于所述n型ZnO层1031的厚度，所述i型ZnO层的厚度大于所述p型ZnO层1033的厚度。其中，由于入射光照射作为紫外吸收层的层叠的n型ZnO层1031、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033时，i型ZnO层的厚度较厚，可以保证大部分的入射紫外光被i型ZnO层吸收，提高其对紫外光的吸收，因此能够促进光生载流子的产生，从而提高探测器的灵敏度。
n型ZnO层1031、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033的厚度可以根据实际器件需要进行合理设定，例如，n型ZnO层1031的厚度在100nm以下，所述i型ZnO层1032的厚度在500nm以下，所述p型ZnO层1033的厚度在50nm以下。
示例性地，n型ZnO层1031、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033还可以替代为其他宽禁带半导体材料(例如Eg大于或等于2.3eV)，也称为第三代半导体材料。可选地，所述宽禁带半导体材料包括碳化硅、氮化镓、金刚石和氮化铝中的至少一种。
示例性地，n型ZnO中掺杂有n型掺杂剂，其中，所述n型掺杂剂包括B、Al、Ga、In、Si、Ti、Ge、Zr、Sn、Hf、Pb、La和Pr中的至少一种。
示例性地，p型ZnO中掺杂有p型掺杂剂，其中所述p型掺杂剂包括Li、Na、P、As和N中的至少一种。
其中，与所述第一欧姆接触电极接触的n型ZnO层1031或p型ZnO层1033之间形成欧姆接触，例如，第一欧姆接触电极102和n型ZnO层1031相接触形成欧姆接触，用作紫外探测器的一个欧姆接触电极。
在一个示例中，所述紫外探测器包括第二欧姆接触电极104，所述第二欧姆接触电极104形成在层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型ZnO层的部分表面上。
进一步地，为了防止第二欧姆接触电极过多的覆盖层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层而影响层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层对紫外光的吸收，所述第二欧姆接触电极104的俯视形状可以呈环形，设置在所述凸起结构1021外侧的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘上，并且该设置还能够保证第二欧姆接触电极和层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层具有足够的接触面积来形成欧姆接触，并且增加了第二欧姆接触电极和外界电路连接的灵活性，例如，如图4F所示，设置在所述凸起结构1021外侧的p型ZnO层1033的四周边缘上。
其中，第二欧姆接触电极104的厚度可以是任意适合的厚度，例如，所述第二欧姆接触电极的厚度在100nm以下。
进一步地，第二欧姆接触电极104和其下方所接触的p型ZnO层1033形成欧姆接触，用作紫外探测器的另一个欧姆接触电极。
在一个示例中，第一欧姆接触电极102和第二欧姆接触电极104的材料可以根据实际的器件需要进行合理设定，其中，为了能够形成欧姆接触，对于欧姆接触电极的功函数进行限定，例如，与n型ZnO层的欧姆接触电极的功函数小于与p型ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数。
在一个示例中，如图3F所示，n型ZnO层1031和第一欧姆接触电极直接接触时，所述第一欧姆接触电极102的材料的功函数低于第二欧姆接触电极的功函数，例如第一欧姆接触电极102较佳地使用功函数较小的金属，例如功函数低于4.2eV的金属材料，包括但不限于Ti、Al或TiAl合金，而与p型ZnO层1033直接接触的第二欧姆接触电极104较佳地使用功函数较大的金属，例如功函数大于5eV的金属材料，包括但不限于Au、Pt、Pd、Ni和W中的至少一种。
相反地，在所述第一欧姆接触电极直接接触p型ZnO层时，所述第一欧姆接触电极102的材料的功函数高于第二欧姆接触电极的功函数，所述第一欧姆接触电极的材料较佳地使用功函数较大的金属，例如功函数大于5eV的金属材料，包括但不限于Au、Pt、Pd、Ni和W中的至少一种，而与n型ZnO层直接接触的第二欧姆接触电极较佳地使用功函数较小的金属，例如功函数低于4.2eV的金属材料，包括但不限于Ti、Al或TiAl合金。
进一步地，如图4F所示，本发明的紫外探测器还包括第一欧姆接触电极窗口105，露出部分所述第一欧姆接触电极102，用于所述第一欧姆接触电极102与外部电路的电连接。
其中，所述第一欧姆接触电极窗口105可以贯穿所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，露出部分所述第一欧姆接触电极102，或者，所述第一欧姆接触电极窗口还可以贯穿所述衬底100露出部分所述第一欧姆接触电极102。
进一步地，较佳地，所述第一欧姆接触电极窗口105设置在所述衬底100的边角区域。
在一个示例中，为了对器件进行保护，还可以选择性地设置钝化层(未示出)，所述钝化层覆盖所述所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层以及所述第二欧姆接触电极104的表面。其中所述钝化层的材料可以选用任何适合的绝缘层，诸如氧化硅层、氮化硅层、或氮氧化硅层的无机绝缘层，诸如包含聚乙烯苯酚、聚酰亚胺、或硅氧烷等的层的绝缘层等。在本实施例中，较佳地，所述钝化层的材料包括氧化硅。
进一步地，在设置有钝化层时，为了便于第二欧姆接触电极和外部电路连接，还设置有贯穿所述钝化层露出部分所述第二欧姆接触电极的第二欧姆接触电极窗口(未示出)。
示例性，所述第一欧姆接触电极窗口105，依次贯穿所述钝化层、所述第二欧姆接触电极和所述所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，露出部分所述第一欧姆接触电极102。
至此对本发明的紫外探测器的结构的关键结构进行了解释和说明，对于完整的紫外探测器可能还包括其他的部件，在此不做一一赘述。
本发明的紫外探测器中的第一欧姆接触电极形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构，因此增大了第一欧姆接触电极以及覆盖在第一欧姆接触电极上的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的比表面积，提高了与紫外光的接触面积，增强了层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层对紫外光的吸收，提高了光生载流子的浓度，进而提高紫外探测器的灵敏度。
另外，本发明的紫外探测器包括层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，位于n型ZnO层和p型ZnO层之间的i型ZnO层，能够增加耗尽层的宽度，促进光生载流子的产生，以使PIN型紫外探测器具有高的响应速度，并且为了尽量使光在耗尽区吸收，p型ZnO层的厚度较小，一般pin光电二极管工作于零偏(光伏模式)或反向偏置下(光电二极管模式)，使光生电流和暗电流的差别最大，从而使灵敏度提高。在不是太高的偏压下，随反向偏压的增加，不仅响应率高，而且相应速度也提高，这是因为随偏压的增加，耗尽区加宽，降低了结电容，因而有较小的RC时间常数。
实施例二
本发明还提供一种前述实施例一中的紫外探测器的制造方法，如图5所示，其主要包括以下步骤：
步骤S1，提供衬底；
步骤S2，在所述衬底上形成第一欧姆接触电极，其中，所述第一欧姆接触电极包括底部欧姆接触电极层层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
步骤S3，形成层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，以覆盖所述底部欧姆接触电极层的表面以及所述凸起结构的表面，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
步骤S4，形成第二欧姆接触电极，覆盖部分所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的顶面。
下面，参考图图3A至图3F、图4A至图4F以及图5对本发明的肖特基紫外探测器的制造方法作详细解释和说明。其中，图3A至图3F示出了本发明一个具体实施方式的方法依次实施所获得结构的剖面示意图；图4A至图4F示出了本发明一个具体实施方式的方法依次实施所获得结构的俯视图；图5示出了本发明一个具体实施方式的紫外探测器的制造方法的流程图。
首先，执行步骤一，如图3A和图4A所示，提供衬底100。
具体地，所述衬底100可以是任意适合用于紫外探测器的衬底，例如，所述衬底100的材料包括碳化硅、蓝宝石、氮化铝和表面具有氧化层的单晶硅中的至少一种。例如，本实施例中，较佳地所述衬底100表面形成有介质层101。
其中，所述介质层101的厚度可以是任意的厚度，可以通过本领域技术人员熟知的任何适合的方法形成所述介质层101，例如通过对单晶硅进行热氧化，以形成例如氧化物的介质层，该氧化物较佳地包括氧化硅。
在一个示例中，在形成第一欧姆接触电极102之前还包括：对所述衬底进行清洗的步骤。
根据衬底的材料，可以使用任意适合的清洗方法对衬底进行清洗，例如，利用丙酮、乙醇、去离子水将所述衬底清洗干净；或者，利用盐酸、乙醇、去离子水将所述衬底清洗干净；或者，利用丙酮、乙醇、异丙醇将所述衬底清洗干净。
在一个示例中，对于蓝宝石衬底(Al2O3)、GaN单晶衬底，清洗步骤为：在H2SO4：HCl体积比＝3:1的酸中加热15min～45min，之后分别在丙酮和异丙醇(或丙醇)中超声清洗10～50min，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气枪吹干后放入生长腔室，在生长腔室内用高温例如300～800℃进行处理10～50min，把表面的水蒸气和有机物去除。
接着，执行步骤二，如图3B和图4B所示，在所述衬底100上形成第一欧姆接触电极102，其中，所述第一欧姆接触电极102包括底部欧姆接触电极层1022，以及设置在所述底部欧姆接触电极层1022上的若干个凸起结构1021。
第一欧姆接触电极102的材料可以根据实际的器件需要进行合理设定，其中，为了能够形成欧姆接触，对于欧姆接触电极的功函数进行限定，例如，与n型ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数小于与p型ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数。
在一个示例中，预定在第一欧姆接触电极102表面上形成n型ZnO层，则第一欧姆接触电极102的材料较佳地使用具有低功函数较小的金属，例如功函数低于4.2eV的金属材料，包括但不限于Ti、Al或TiAl合金，或者，若预定在第一欧姆接触电极102表面上首先形成p型ZnO层，则第一欧姆接触电极102的材料较佳地使用具有较高功函数的金属，例如功函数大于5eV的金属材料，包括但不限于Au、Pt、Pd、Ni和W中的至少一种。
在一个示例中，形成第一欧姆接触电极的方法包括以下步骤A1至步骤A4：
首先，执行步骤A1，在所述衬底100表面上形成欧姆接触电极材料层，在衬底100的表面具有介质层101时，所述欧姆接触电极材料层形成在所述介质层101的表面上。
可以使用任意适合的沉积方法形成所述欧姆接触电极材料层，例如通过电子束蒸发、磁控溅射或者物理气相沉积形成欧姆接触电极材料层。
其中，欧姆接触电极材料层的厚度可以根据预定形成的凸起结构的高度以及所述底部肖特基接触金属的厚度总和而合理设定，例如所述欧姆接触电极材料层的厚度可以在5μm以下，或者其他适合的厚度。
接着，执行步骤A2，在所述欧姆接触电极材料层上形成图案化的掩膜层，例如光刻胶层，通过光刻工艺形成所述图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层定义有预定形成的所述凸起结构的图案。
接着，执行步骤A3，以所述图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀部分所述欧姆接触电极材料层停止在所述欧姆接触电极材料层内，以形成所述凸起结构1021，其中，所述凸起结构1021下方的所述欧姆接触电极材料层作为所述底部欧姆接触电极层1022。
其中，本步骤中的刻蚀工艺可以使用干法刻蚀工艺，干法刻蚀工艺包括但不限于：反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。最好通过一个或者多个RIE步骤进行干法刻蚀。其中，刻蚀的深度可以根据实际的器件需要进行合理的调整，例如所述刻蚀的深度小于3μm。
示例性地，所述凸起结构1021的形状为长条形或者圆柱形，或者也可以为其他的适合形状，例如圆台形。
在一个示例中，所述凸起结构1021呈阵列排布在所述底部欧姆接触电极层1022上。
在一个示例中，所述凸起结构1021垂直于所述底部欧姆接触电极层1022的表面。
进一步地，相邻所述凸起结构1021之间的间距与所述凸起结构1021的宽度之比还可以大于或等于1:1。
由于第一欧姆接触电极102包括若干个凸起结构1021，因此，第一欧姆接触电极102的比表面积相比不包括凸起结构1021的平面型的欧姆接触电极明显增大。
最后，执行步骤A4，去除所述图案化的掩膜层。根据掩膜层的材料使用适合的方法去除所述掩膜层，例如利用灰化的方法或者湿法刻蚀的方法去除光刻胶材料的掩膜层。
接着，执行步骤三，形成层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，以覆盖所述底部欧姆接触电极层的表面以及所述凸起结构的表面，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间。
示例性地，如图3C至图3E所示，依次沉积n型ZnO层、i型ZnO层1032和p型ZnO层1033，以覆盖所述底部欧姆接触电极层1022以及所述凸起结构1021的表面。
在另一个示例中，依次沉积p型ZnO层、i型ZnO层和n型ZnO层，以覆盖所述底部欧姆接触电极层1022以及所述凸起结构1021的表面。
示例性地，如图3F所示，所述i型ZnO层1032的厚度大于所述n型ZnO层1031的厚度，所述i型ZnO层1032的厚度大于所述i型ZnO层1033的厚度。其中，i型ZnO层1032的厚度较厚，因此能够促进光生载流子的产生，从而提高探测器的灵敏度。
示例性地，n型ZnO层中掺杂有n型掺杂剂，其中，所述n型掺杂剂包括B、Al、Ga、In、Si、Ti、Ge、Zr、Sn、Hf、Pb、La和Pr中的至少一种。
示例性地，p型ZnO层中掺杂有p型掺杂剂，其中所述p型掺杂剂包括Li、Na、P、As和N中的至少一种。
在一个示例中，时，使用磁控溅射方法形成n型ZnO层1031，在磁控溅射过程中保持较高的真空度，例如初始压强小于或等于1×10-4Pa，工作压强在1×10-1Pa，使用稀有气体例如氩气作为保护气体，反应气体为氧气，射频频率在5-30MHz之间，溅射用的金属生长源可以为高纯的Zn或ZnO陶瓷靶材，n型掺杂剂的掺杂源为金属源，例如Al、Ga金属源。
本征ZnO也即非掺杂的氧化锌，其形成方法可以使用常规工艺制备工艺例如通过物理气相沉积(PVD)或脉冲激光沉积(PLD)等。
在一个示例中，所述p型ZnO层1033包括p型ZnO，可以使用磁控溅射的方法形成p型ZnO，利用NH3或者N2O作为N源进行掺杂，溅射用的金属生长源可以为高纯的Zn或ZnO陶瓷靶材。
其中，可以通过控制生长时间的长短来实现对n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层生长厚度的控制。
可选地，在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之后，还包括：如图4C至图4E所示，形成露出部分所述第一欧姆接触电极102的第一欧姆接触电极窗口105，以便于第一欧姆接触电极102与外部电路的电连接。
在一个示例中，形成所述第一欧姆接触电极窗口105的方法包括：首先，在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之前，在所述第一欧姆接触电极102的表面涂布光刻胶层；然后，通过光刻工艺图案化所述光刻胶层，以形成第一欧姆接触电极窗口图案；在后续的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层形成的过程中，该第一欧姆接触金属窗口图案起到保护和阻挡作用，防止在该第一欧姆接触金属窗口图案所覆盖的区域生长层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层；在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之后，将所述第一欧姆接触电极窗口图案去除，以形成所述第一欧姆接触电极窗口105，或者，还可以在形成所述第二欧姆接触电极之后，将该第一欧姆接触电极窗口图案去除，以形成所述第一欧姆接触电极窗口105，更进一步地，还可以在形成钝化层之后，将该第一欧姆接触电极窗口图案去除，以形成所述第一欧姆接触电极窗口105。
在另一个示例中，在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之后，还可以通过刻蚀的方法形成所述第一欧姆接触电极窗口，包括：在所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层表面形成图案化的掩膜层，以定义所述第一欧姆接触电极窗口的图案；以所述图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层直到露出部分所述第一欧姆接触电极102，以形成所述第一欧姆接触电极窗口105；去除所述图案化的掩膜层。
在再一个示例中，形成所述第一欧姆接触电极窗口的方法包括：在形成所述第一欧姆接触电极102之后，在所述衬底与形成有所述第一欧姆接触电极的表面相反的表面内形成第一欧姆接触电极窗口，所述第一欧姆接触电极窗口贯穿所述衬底露出部分所述欧姆接触电极。可以通过在衬底的背面形成图案化的掩膜层，定义第一欧姆接触电极窗口的图案，以所述图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底，直到露出部分第一欧姆接触电极，以形成第一欧姆接触电极窗口，最后去除所述图案化的掩膜层。
接着，执行步骤四，如图3F所示，形成第二欧姆接触电极104，覆盖部分所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的表面，例如，覆盖p型ZnO层的部分表面。
进一步地，为了防止第二欧姆接触电极过多的覆盖层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层而影响其对紫外光的吸收，所述第二欧姆接触电极104的俯视形状可以呈环形，设置在所述凸起结构1021外侧的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘上，例如，如图4F所示，设置在所述凸起结构1021外侧的p型ZnO层1033的四周边缘上。
其中，第二欧姆接触电极104的厚度可以是任意适合的厚度，例如，所述第二欧姆接触电极的厚度在100nm以下。
进一步地，第二欧姆接触电极104和其下方所接触的p型ZnO层1033形成欧姆接触，用作紫外探测器的另一个欧姆接触电极。
在一个示例中，如图3F所示，与p型ZnO层1033直接接触的第二欧姆接触电极104较佳地使用功函数较大的金属，例如功函数大于5eV的金属材料，包括但不限于Au、Pt、Pd、Ni和W中的至少一种。
相反地，与n型ZnO层直接接触的第二欧姆接触电极较佳地使用功函数较小的金属，例如功函数低于4.2eV的金属材料，包括但不限于Ti、Al或TiAl合金。
在一个示例中，形成所述第二欧姆接触电极的方法包括：在所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的表面形成图案化的光刻胶层，该图案化的光刻胶层露出预定形成的第二欧姆接触电极的区域；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，利用沉积工艺形成所述第二欧姆接触电极；可以通过电子束蒸发、磁控溅射或者物理气相沉积形成所述第二欧姆接触电极；最后去除所述图案化的光刻胶层。
在另一个示例中，形成所述第二欧姆接触电极的方法包括：首先，形成欧姆接触电极材料层，覆盖所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的表面；接着，在所述欧姆接触电极材料层表面形成图案化的掩膜层，定义有预定形成的第二欧姆电极的图案；接着，以所述图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀去除部分所述欧姆接触电极材料层，以形成所述第二欧姆接触电极；最后去除所述图案化的掩膜层。
在一个示例中，在形成所述第二欧姆接触电极之后，还包括：形成钝化层(未示出)，覆盖所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层以及所述第二欧姆接触电极的表面。
可以使用任何适合的沉积方法形成所述钝化层，例如化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积等方法。
进一步地，在形成所述钝化层之后，形成第一欧姆接触电极窗口105，以露出部分所述第一欧姆接触电极102，以及形成第二欧姆接触电极窗口(未示出)，以露出部分所述第二欧姆接触电极104，示例性地，形成所述第一欧姆接触电极窗口和所述第二欧姆接触电极窗口的方法包括：在所述钝化层的表面形成图案化的掩膜层，定义有第一欧姆接触电极窗口图案以及第二欧姆接触电极图案；以所述图案化的掩膜层为掩膜，自所述钝化层的表面刻蚀以分别形成第一欧姆接触电极窗口和第二欧姆接触电极窗口，其中，第一欧姆接触电极窗口露出部分所述第一欧姆接触电极，所述第二欧姆接触电极窗口露出部分所述第二欧姆接触电极；去除所述图案化的掩膜层。
值得一提的是，在钝化层沉积的过程中也可以使用前述形成第一欧姆接触电极窗口和第二欧姆接触电极窗口的方法，以保留露出第一欧姆接触电极的第一欧姆接触电极窗口和露出第二欧姆接触电极的第二欧姆接触电极窗口。
其中，所述第一欧姆接触电极窗口的俯视形状可以是任意的形状，例如矩形、圆形、三角形或者其他多边形等。
进一步地，较佳地，所述第一欧姆接触电极窗口105设置在所述衬底100的边角区域。
其中，所述第二欧姆接触电极窗口的位置可以任意设置，但需保证有部分第二欧姆接触电极从该第二欧姆接触电极窗口中露出。
至此完成了对本发明的紫外探测器的制造方法的描述，对于完整的方法还可能包括其他的中间步骤或者后续步骤，在此不做一一赘述。
通过本发明的制造方法形成的紫外探测器包括基于氧化锌材料的PIN结构紫外探测器，由于本发明的紫外探测器中的第一欧姆接触电极形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构，因此增大了第一欧姆接触电极以及覆盖在第一欧姆接触电极上的层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的比表面积，提高了与紫外光的接触面积，增强了层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层对紫外光的吸收，提高了光生载流子的浓度，进而提高紫外探测器的灵敏度。
另外，i型ZnO层的引入促进了光生载流子的产生，也起到提高紫外探测器的灵敏度的作用。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (18)

1.一种紫外探测器，其特征在于，包括：
衬底；
第一欧姆接触电极，形成在所述衬底上，包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，设置在所述底部欧姆接触电极层的表面上以及所述凸起结构的表面上，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
第二欧姆接触电极，形成在层叠的n型ZnO层、i型的ZnO层和p型ZnO层的部分表面上。
2.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，还包括介质层，位于所述衬底和第一欧姆接触电极之间。
3.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，相邻所述凸起结构之间的间距与所述凸起结构的宽度之比大于或等于1:1。
4.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述凸起结构的高度小于3μm。
5.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述凸起结构呈阵列排布；所述凸起结构的形状为长条形或者圆柱形。
6.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述i型ZnO层的厚度大于所述n型ZnO层的厚度，所述i型ZnO层的厚度大于所述p型ZnO层的厚度。
7.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，与n型ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数小于与p型的ZnO层接触的欧姆接触电极的功函数。
8.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述第二欧姆接触电极呈环形，设置在所述凸起结构外侧的所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘上。
9.如权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，还包括：第一欧姆接触电极窗口，所述第一欧姆接触电极窗口贯穿所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，露出部分所述第一欧姆接触电极，或者，所述第一欧姆接触电极窗口贯穿所述衬底露出部分所述第一欧姆接触电极。
10.一种紫外探测器的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一欧姆接触电极，其中，所述第一欧姆接触电极包括底部欧姆接触电极层，以及设置在所述底部欧姆接触电极层上的若干个凸起结构；
形成层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层，以覆盖所述底部欧姆接触电极层的表面以及所述凸起结构的表面，其中，所述i型ZnO层位于所述n型ZnO层和p型ZnO层之间；
形成第二欧姆接触电极，覆盖部分所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的顶面。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一欧姆接触电极的方法包括：
在所述衬底表面上形成欧姆接触电极材料层；
利用光刻、刻蚀工艺刻蚀所述欧姆接触电极材料层，以形成所述第一欧姆接触电极。
12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，相邻所述凸起结构之间的间距与所述凸起结构的宽度之比大于或等于1:1。
13.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述凸起结构呈阵列排布；所述凸起结构的形状为长条形或者圆柱形。
14.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在形成所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层之后，利用光刻、刻蚀所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层或者所述衬底形成露出部分所述第一欧姆接触电极的第一欧姆接触电极窗口。
15.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述第二欧姆接触电极呈环形，设置在所述凸起结构外侧的所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的四周边缘。
16.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二欧姆接触电极的方法包括：
在所述层叠的n型ZnO层、i型ZnO层和p型ZnO层的顶面形成图案化的光刻胶层，该图案化的光刻胶层露出预定形成的第二欧姆接触电极的区域；
以所述图案化的光刻胶层为掩膜，利用沉积工艺形成所述第二欧姆接触电极；
去除所述图案化的光刻胶层。
17.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述i型ZnO层的厚度大于所述n型ZnO层的厚度，所述i型ZnO层的厚度大于所述p型ZnO层的厚度。
18.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述凸起结构的高度小于3μm。
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