CN110690323B - 紫外光电探测器的制备方法及紫外光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光探测器技术领域，提供了一种紫外光电探测器的制备方法及紫外光电探测器，该制备方法包括：在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层；光刻刻蚀倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层，分别在P型欧姆接触层上、电荷层上以及吸收层上形成台面结构；在P型欧姆接触层以及N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极；在P型欧姆接触层上、电荷层上以及吸收层上形成的台面结构的表面进行钝化膜淀积钝化，并光刻刻蚀接触电极上的钝化膜以露出电极，获得紫外光电探测器。本发明中P型欧姆接触层的接触面积大大增加，可有效减小接触电阻。
Description
技术领域
本发明属于光探测器技术领域，尤其涉及一种紫外光电探测器的制备方法及紫外光电探测器。
背景技术
紫外探测技术是一种新型光电探测技术，可应用于精确制导、紫外高保密通信、环境污染监测、生物分析、天文学以及火焰检测等领域。氮化镓(GaN)及其系列材料作为第三代半导体，具有禁带宽度大、光谱范围宽的优点，在光电子领域内有巨大的应用价值。GaN基三元系合金AlGaN具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点，可以用于耐高温、高效能的高频大功率器件，可工作于紫外波段。另外AlGaN属于直接带隙半导体，带隙可随Al组分的变化在3.4eV到6.2eV之间连续变化，其带隙对应的光吸收波长变化范围为200nm至365nm。高Al组分的AlGaN雪崩光电二极管拥有天然的日盲性能，能够在强太阳辐射背景下探测到微弱的紫外信号，因此AlGaN是制作紫外探测器的理想材料之一。
然而，目前AlGaN雪崩光电二极管存在欧姆接触电阻大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种紫外光电探测器的制备方法及紫外光电探测器，以解决现有技术中AlGaN雪崩光电二极管存在欧姆接触电阻大的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种紫外光电探测器的制备方法，包括：
在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层；
光刻刻蚀所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层，分别在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成台面结构；
在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极；
在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成的台面结构的表面进行钝化膜淀积钝化，并光刻刻蚀所述接触电极上的钝化膜以露出电极，获得紫外光电探测器。
在一实施例中，所述在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层，包括：
在蓝宝石衬底或者氮化铝衬底上依次生长AlN缓冲层、P-GaN/AlGaN欧姆接触层、超晶格结构的倍增层、N-AlGaN电荷层、i-GaN/AlGaN吸收层以及N-GaN/AlGaN欧姆接触层。
在一实施例中，所述超晶格结构为采用GaN/AlGaN系宽窄带隙交替的超晶格结构。
在一实施例中，所述超晶格结构为在所述P型欧姆接触层采用金属有机物化学气相淀积系统依次生长的i-Alx2GaN、i-Alx1GaN、i-Alx2GaN以及i-Alx1GaN，形成宽窄带隙交替的超晶格结构。
在一实施例中，所述光刻刻蚀所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层，分别在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成台面结构，包括：
在所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述P型欧姆接触层上，所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层的两端垂直所述P型欧姆接触层表面，在所述P型欧姆接触层上形成第一台面结构；
在所述吸收层和所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述电荷层上，所述吸收层和所述N型欧姆接触层的两端垂直所述电荷层表面，在所述电荷层上形成第二台面结构；
在所述倍增层和所述电荷层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀所述倍增层和所述电荷层的两端为斜坡状；
在所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述吸收层上，所述N型欧姆接触层的两端垂直所述吸收层表面，在所述吸收层上形成第三台面结构。
在一实施例中，所述倍增层和所述电荷层的两端分别刻蚀成的斜坡状的侧壁与所述P型欧姆接触层表面形成50°至80°的倾角。
在一实施例中，所述在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极，包括：
采用半导体光刻工艺在所述P型欧姆接触层的两端未被所述倍增层覆盖处分别制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成P型欧姆接触电极；
采用半导体光刻工艺在所述N型欧姆接触层表面制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成N型欧姆接触电极。
在一实施例中，所述钝化膜的材料为二氧化硅或者氮化硅，所述钝化膜的厚度为100nm至1000nm。
在一实施例中，在所述AlN缓冲层、所述P-GaN/AlGaN欧姆接触层、所述超晶格结构的倍增层、所述N-AlGaN电荷层、所述i-GaN/AlGaN吸收层以及所述N-GaN/AlGaN欧姆接触层中Al组分的含量大于45%。
本发明实施例的第二方面提供了一种紫外光电探测器，包括：采用上述任一实施例所述的紫外光电探测器的制备方法制备而成的紫外光电探测器。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层，使得P型欧姆接触层在下，使其接触面积大大增加，可有效减少接触电阻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的紫外光电探测器的制备方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的紫外光电探测器的各层结构剖面示意图；
图3（1）是本发明实施例提供的第一台面结构形成示意图；
图3（2）是本发明实施例提供的第二台面结构形成示例图；
图3（3）是本发明实施例提供的斜坡形成示意图；
图3（4）是本发明实施例提供的第三台面结构形成示意图；
图4是本发明实施例提供的接触电极形成示意图；
图5是本发明实施例提供的钝化层形成示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的紫外光电探测器的制备方法的示意图，详述如下。
步骤101，在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层。
可选的，如图2所示，预设衬底可以为蓝宝石衬底或者氮化铝衬底。本步骤可以为在蓝宝石衬底或者氮化铝衬底上依次生长AlN缓冲层、P-GaN/AlGaN欧姆接触层、超晶格结构的倍增层、N-AlGaN电荷层、i-GaN/AlGaN吸收层以及N-GaN/AlGaN欧姆接触层。可选的，AlN缓冲层、P-GaN/AlGaN欧姆接触层、超晶格结构的倍增层、N-AlGaN电荷层、i-GaN/AlGaN吸收层以及N-GaN/AlGaN欧姆接触层等各层均采用GaN/AlGaN薄膜，从而可以简化器件结构的生长过程和加工工艺，提高了器件的抗辐射能力，减小了器件体积，降低了成本。另外，针对现有技术中P型GaN/AlGaN欧姆接触困难，接触电阻大的特点，本实施例中P型欧姆接触层在下，使其接触面积大大增加，接触电阻率为一定值，当接触面积增大时，接触电阻则减小，因此本实施例可有效减小接触电阻。
可选的，在所述AlN缓冲层、所述P-GaN/AlGaN欧姆接触层、所述超晶格结构的倍增层、所述N-AlGaN电荷层、所述i-GaN/AlAlGaN吸收层以及所述N-GaN/AlGaN欧姆接触层中Al组分的含量大于45%，在Al组分的含量大于45%时，在正入射或者背入射的条件下可实现紫外的探测，可以实现日盲探测。其中，在所述AlN缓冲层、所述P-GaN/AlGaN欧姆接触层、所述超晶格结构的倍增层、所述N-AlGaN电荷层、所述i-GaN/AlGaN吸收层的具体层厚、Al含量等参数与具体应用要求有关，在本申请中不限定其层厚以及Al含量等参数。
可选的，所述超晶格结构为采用GaN/AlGaN系宽窄带隙交替的超晶格结构。可选的，所述超晶格结构为在所述P型欧姆接触层采用金属有机物化学气相淀积系统依次生长的i-Alx2GaN、i-Alx1GaN、i-Alx2GaN以及i-Alx1GaN，形成宽窄带隙交替的超晶格结构，其中，x1>x2或者，x1<x2。高Al组分与低Al组分材料交替的宽窄带隙超晶格结构倍增层设计可以有效地提高芯片的增益。
步骤102，光刻刻蚀所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层，分别在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成台面结构。
可选的，在衬底上生长各层后，开始进行刻蚀操作，如图3（1）所示，在所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述P型欧姆接触层上，所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层的两端垂直所述P型欧姆接触层表面，在所述P型欧姆接触层上形成第一台面结构。即所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层的两端在所述P型欧姆接触层的两端范围内，所述P型欧姆接触层的两端未被覆盖地方可以设置接触电极。
可选的，如图3（2）所示，在所述吸收层和所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述电荷层上，所述吸收层和所述N型欧姆接触层的两端垂直所述电荷层表面，在所述电荷层上形成第二台面结构。即所述吸收层以及N型欧姆接触层的两端在所述电荷层的两端范围内。
如图3（3）所示，在所述倍增层和所述电荷层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀所述倍增层和所述电荷层的两端为斜坡状，可选的，所述倍增层和所述电荷层的两端分别刻蚀成的斜坡状的侧壁与所述P型欧姆接触层表面形成50°至80°的倾角。可选的，本实施例中刻蚀的倾斜台面结构可以有效减小边缘电场对器件的影响，提高芯片的增益，简化了工艺。
如图3（4）所示，在所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述吸收层上，所述N型欧姆接触层的两端垂直所述吸收层表面，在所述吸收层上形成第三台面结构。即所述吸收层的两端在所述N型欧姆接触层的两端范围内。
步骤103，在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极。
可选的，本步骤可以在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上刻蚀钝化膜形成欧姆接触图形，并蒸发欧姆接触金属，剥离或刻蚀形成欧姆接触电极。
可选的，本步骤可以包括采用半导体光刻工艺在所述P型欧姆接触层的两端未被所述倍增层覆盖处分别制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成P型欧姆接触电极；以及采用半导体光刻工艺在所述N型欧姆接触层表面制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成N型欧姆接触电极。如图4所示，P型欧姆接触电极淀积在P型欧姆接触层上未被覆盖住的两端位置处；N型欧姆接触电极淀积在N型欧姆接触层表面中间位置处。
步骤104，在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成的台面结构的表面进行钝化膜淀积钝化，并光刻刻蚀所述接触电极上的钝化膜以露出电极，获得紫外光电探测器。
可选的，如图5所示，所述钝化膜的材料为二氧化硅或者氮化硅，所述钝化膜的厚度为100nm至1000nm，钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。
上述紫外光电探测器的制备方法，通过在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层，使得P型欧姆接触层在下，使其接触面积大大增加，可有效减小接触电阻。倍增层采用高AlAl组分与低Al组分材料交替的宽窄带隙超晶格结构倍增层设计可以有效地提高芯片增益。该结构P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层等各层均采用GaN/AlGaN薄膜，简化了器件结构的生长过程和加工工艺，提高了器件的抗辐射能力，减小了器件体积，降低了成本。另外，刻蚀倍增层和电荷层的两端为斜坡状，倾斜台面结构可以有效减小边缘电场对器件的影响，提高芯片的增益，简化了工艺。
上述实施例提供的紫外光电探测器的制作，通过改变Al组分的含量，可满足紫外波段光电探测系统的需求，在国防、环境监测、火焰探测等多个方面有重要的应用前景。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的紫外光电探测器的制备方法，本发明实施例提供的紫外光电探测器包括采用上述任一实施例所述的紫外光电探测器的制备方法制备而成的紫外光电探测器，并且具有上述制备紫外光电探测器时产生的有益效果。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：
在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层；所述P型欧姆接触层为P- GaN/ AlGaN欧姆接触层，所述倍增层为超晶格结构的倍增层，且所述P-GaN/AlGaN欧姆接触层、所述超晶格结构的倍增层中Al组分的含量大于45%；所述倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层均采用GaN/AlGaN薄膜；
光刻刻蚀所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层，分别在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成台面结构；包括：在所述倍增层和所述电荷层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀所述倍增层和所述电荷层的两端为斜坡状；所述倍增层和所述电荷层的两端分别刻蚀成的斜坡状的侧壁与所述P型欧姆接触层表面形成50°至80°的倾角；
在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极；
在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成的台面结构的表面进行钝化膜淀积钝化，并光刻刻蚀所述接触电极上的钝化膜以露出电极，获得紫外光电探测器。
2.如权利要求1所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述在预设衬底上依次生长缓冲层、P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、吸收层以及N型欧姆接触层，包括：
在蓝宝石衬底或者氮化铝衬底上依次生长AlN缓冲层、P- GaN/ AlGaN欧姆接触层、超晶格结构的倍增层、N-AlGaN电荷层、i-GaN/AlGaN吸收层以及N-GaN/AlGaN欧姆接触层。
3.如权利要求2所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述超晶格结构为采用GaN/AlGaN系宽窄带隙交替的超晶格结构。
4.如权利要求3所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述超晶格结构为在所述P型欧姆接触层采用金属有机物化学气相淀积系统依次生长的i-Alx2GaN、i-Alx1GaN、i-Alx2GaN以及i-Alx1GaN，形成宽窄带隙交替的超晶格结构。
5.如权利要求1至4中任一项所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述光刻刻蚀所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层，分别在所述P型欧姆接触层上、所述电荷层上以及所述吸收层上形成台面结构，包括：
在所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述P型欧姆接触层上，所述倍增层、所述电荷层、所述吸收层以及N型欧姆接触层的两端垂直所述P型欧姆接触层表面，在所述P型欧姆接触层上形成第一台面结构；
在所述吸收层和所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述电荷层上，所述吸收层和所述N型欧姆接触层的两端垂直所述电荷层表面，在所述电荷层上形成第二台面结构；
在所述N型欧姆接触层上采用光刻胶做掩蔽，等离子刻蚀到所述吸收层上，所述N型欧姆接触层的两端垂直所述吸收层表面，在所述吸收层上形成第三台面结构。
6.如权利要求1所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述在所述P型欧姆接触层以及所述N型欧姆接触层上分别淀积形成接触电极，包括：
采用半导体光刻工艺在所述P型欧姆接触层的两端未被所述倍增层覆盖处分别制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成P型欧姆接触电极；
采用半导体光刻工艺在所述N型欧姆接触层表面制作电极接触图形，用电子束蒸发系统淀积形成N型欧姆接触电极。
7.如权利要求1所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述钝化膜的材料为二氧化硅或者氮化硅，所述钝化膜的厚度为100nm至1000nm。
8.如权利要求2所述的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，在所述AlN缓冲层、所述N-AlGaN电荷层、所述i-GaN/AlGaN吸收层以及所述N-GaN/AlGaN欧姆接触层中Al组分的含量大于45%。
9.一种紫外光电探测器，其特征在于，包括：采用上述权利要求1-8中任一项所述的紫外光电探测器的制备方法制备而成的紫外光电探测器。
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