CN110970525A - 平面GaN基紫外探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面GaN基紫外探测器及其制作方法，涉及半导体器件技术领域。该紫外探测器制作方法包括：光刻后选择性刻蚀第一SiO2钝化层至其底部；在所述第一SiO2钝化层刻蚀的孔洞内，从下到上依次生长n型掺杂层、i型层和p型掺杂层。本发明中，制作紫外探测器时，先生长SiO2钝化层，并在钝化层的刻蚀区内生长GaN基紫外探测器材料，避免台面刻蚀工艺，有效减少pn结侧面漏电流，提高探测器性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是指一种平面GaN基紫外探测器及其制作方法。
背景技术
紫外技术是继红外和激光探测技术之后的又一军民两用光电探测技术。在导弹预警、飞行器制导、秘密通信、生物医药分析、公安侦察、火情探测、天文观测、海油监测等军事和民用领域都具有十分重要的应用。
作为第三代半导体材料的GaN基材料，具有禁带宽度大、电子饱和速度高、介电常数小等优点，优越的化学稳定性使其可以在苛刻的条件下工作。特别是其三元合金AlxGa1- xN，随Al组份的变化其禁带宽度在3.14eV～6.12eV之间连续变化，对应的光谱范围为365nm～200nm，是制作紫外探测器的理想材料之一。
常规的GaN基紫外探测器是采用先生长GaN基探测器材料，然后刻蚀台面，再生长钝化层的工艺。刻蚀后台面会存在pn结的侧面漏电，严重影响器件性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种平面GaN基紫外探测器及其制作方法，使器件制作过程中不需要探测器材料的台面刻蚀工艺，进而有效减少pn结的侧面漏电流，提高探测器性能。
(二)技术方案
根据本发明的一方面，提供一种平面GaN基紫外探测器制作方法，包括：
生长第一SiO2钝化层；
光刻后选择性刻蚀第一SiO2钝化层形成至其底部的的孔洞；
在所述第一SiO2钝化层刻蚀的孔洞内，从下到上依次生长n型掺杂层、i型层和p型掺杂层。
在进一步的实施方案中，在所述的光刻第一SiO2钝化层之前还包括：在一衬底上依次生长缓冲层和n型缓冲层；其中，所述第一SiO2钝化层生长在所述n型缓冲层上。
在进一步的实施方案中，在所述的生长完p型掺杂层之后还包括：
材料减薄处理，去除在第一SiO2钝化层上的多余材料；
光刻并刻蚀部分第一SiO2钝化层至n型缓冲层表面，并制作n型欧姆接触金属层与所述n型缓冲层接触；
在p型掺杂层表面制作p型欧姆接触金属层；
在第一SiO2钝化层上生长第二SiO2钝化层；
光刻并刻蚀n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层表面的部分第二SiO2钝化层；
在n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层的表面制作加厚金属层。
在进一步的实施方案中，所述的生长第一SiO2钝化层和生长第二SiO2钝化层的方法为磁控溅射或等离子体增强化学气相沉积。
在进一步的实施方案中，所述的材料减薄处理方法为，先使用机械研磨，再化学机械抛光。
在进一步的实施方案中，所述的n型欧姆接触金属层、p型欧姆接触金属层和加厚金属层的制作方法为磁控溅射或电子束蒸发方法。
根据本发明的另一方面，提供一种平面GaN基紫外探测器，包括：第一SiO2钝化层、n型掺杂层、i型层和p型掺杂层；其中，所述第一SiO2钝化层中刻蚀有通透孔洞，且所述n型掺杂层，i型层和p型掺杂层从下到上依次生长在所述通透孔洞内。
在进一步的实施方案中，所述的平面GaN基紫外探测器还包括：衬底；缓冲层，生长在所述衬底上；n型缓冲层，生长在所述缓冲层上；且所述第一SiO2钝化层生长在所述n型缓冲层上。
在进一步的实施方案中，在所述探测器的边缘处刻蚀部分所述第一SiO2钝化层至所述n型缓冲层表面；所述探测器还包括：
n型欧姆接触金属层，制作于被刻蚀掉所述第一SiO2钝化层后露出的n型缓冲层上表面至所述第一SiO2钝化层部分上表面；
p型欧姆接触金属层，制作于所述p型掺杂层上表面；
第二SiO2钝化层，生长在探测器上表面，且在所述n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层上方刻蚀有孔洞；
加厚金属层，制作于所述第二SiO2钝化层的孔洞内，分别与所述n型欧姆接触金属层和p型欧姆接触金属层相连。
在进一步的实施方案中，所述的衬底的材料为蓝宝石或GaN；
所述n型缓冲层，n型掺杂层材料为n型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1018cm-3；
所述i型层材料为非故意掺杂的GaN或AlGaN材料；
所述p型掺杂层材料为p型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1017cm-3；
所述的n型欧姆接触金属层为钛铂金、钛金、钛铝钛金、镍铂金、镍金或钛铝镍金合金材料；
所述的p型欧姆接触金属层为镍金、钛金或钯金合金材料；
所述的加厚金属层为镍金、钛金、钛铝钛金、钛铝镍金、镍镉金合金材料或其组合
(三)有益效果
本发明中，在GaN基紫外探测器制作过程中，先生长钝化层，并在钝化层的刻蚀区内生长GaN基紫外探测器材料，避免台面刻蚀工艺，有效减少pn结侧面漏电流，提高探测器性能。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2-图4为本发明实施例制作方法的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
在本发明的一个实施例中，提供了一种平面GaN基紫外探测器制作方法，包括：
生长第一SiO2钝化层13；
光刻后选择性刻蚀第一SiO2钝化层13形成至其底部的孔洞；
在所述第一SiO2钝化层13刻蚀的孔洞内，从下到上依次生长n型掺杂层21、i型层22和p型掺杂层23。
其中，所述的n型掺杂层21、i型层22和p型掺杂层23的材料为GaN或AlGaN，其中AlGaN材料组份可根据实际的吸收波长进行调整。本发明制作紫外探测器的方法中，先生长第一SiO2钝化层13，再生长紫外探测器材料的平面器件制作工艺，GaN基紫外探测器材料本身就在SiO2钝化层的孔洞中生长起来，不需要对探测器材料进行台面刻蚀，可有效减少因刻蚀造成的侧面损伤和pn结暴露在外而引起的侧面漏电流，提高探测器性能。
在本实施例中，在光刻第一SiO2钝化层13之前还包括：在一衬底10上依次生长缓冲层11和n型缓冲层12；其中，所述第一SiO2钝化层13生长在所述n型缓冲层12上。
在本实施例中，在生长完p型掺杂层23之后还包括：
材料减薄处理，去除在第一SiO2钝化层13上的多余材料；
光刻并刻蚀部分第一SiO2钝化层13至n型缓冲层12表面，并制作n型欧姆接触金属层31与该n型缓冲层12接触；
在p型掺杂层23表面制作p型欧姆接触金属层32；
在第一SiO2钝化层13上生长第二SiO2钝化层33；
光刻并刻蚀n型欧姆接触金属层31和p型欧姆接触金属层32表面的部分第二SiO2钝化层33；
在n型欧姆接触金属层31和p型欧姆接触金属层32的表面制作加厚金属层34。
其中，所述的生长第一SiO2钝化层13和生长第二SiO2钝化层33的方法为磁控溅射或等离子体增强化学气相沉积PECVD。所述的n型掺杂层21、i型层22、p型掺杂层23、缓冲层11和n型缓冲层12的生长方法为MOCVD外延方法生长。所述的材料减薄处理方法为，先使用机械研磨，再化学机械抛光。所述的n型欧姆接触金属层31、p型欧姆接触金属层32和加厚金属层34的制作方法为磁控溅射或电子束蒸发方法。
其中，对材料进行减薄，是去掉SiO2钝化层13上的GaN基紫外探测器材料，使p型掺杂层23与第一SiO2钝化层13在同一平面上。
其中，第二SiO2钝化层33制作于紫外探测器表面，用于保护器件表面。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种平面GaN基紫外探测器，包括：第一SiO2钝化层13、n型掺杂层21、i型层22和p型掺杂层23；其中，所述第一SiO2钝化层13中刻蚀有通透孔洞，且所述n型掺杂层21，i型层22和p型掺杂层23从下到上依次生长在所述通透孔洞内。
在本实施例中，平面GaN基紫外探测器，还包括：衬底10；缓冲层11，生长在所述衬底10上；n型缓冲层12，生长在所述缓冲层11上；且所述第一SiO2钝化层13生长在所述n型缓冲层12上。
在本实施例中，平面GaN基紫外探测器，在边缘处刻蚀部分所述第一SiO2钝化层13至所述n型缓冲层12表面；所述探测器还包括：
n型欧姆接触金属层31，制作于被刻蚀掉所述第一SiO2钝化层(13)后露出的n型缓冲层(12)上表面至所述第一SiO2钝化层(13)部分上表面；
p型欧姆接触金属层32，制作于所述p型掺杂层23上表面；
第二SiO2钝化层33，生长在探测器上表面，且在所述n型欧姆接触金属层31和p型欧姆接触金属层32上方刻蚀有孔洞；
加厚金属层34，制作于所述第二SiO2钝化层33的孔洞内，分别与所述n型欧姆接触金属层31和p型欧姆接触金属层32相连。
在本实施例中，所述衬底10的材料为蓝宝石或GaN；
所述n型缓冲层12，n型掺杂层21材料为n型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1018cm-3；
所述i型层22材料为非故意掺杂的GaN或AlGaN材料；
所述p型掺杂层23材料为p型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1017cm-3；
所述的n型欧姆接触金属层31为钛铂金、钛金、钛铝钛金、镍铂金、镍金或钛铝镍金合金材料；
所述的p型欧姆接触金属层32为镍金、钛金或钯金合金材料；
所述的加厚金属层34为镍金、钛金、钛铝钛金、钛铝镍金、镍镉金合金材料或其组合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，包括：
生长第一SiO2钝化层(13)；
光刻后选择性刻蚀第一SiO2钝化层(13)形成至其底部的的孔洞；
在所述第一SiO2钝化层(13)刻蚀的孔洞内，从下到上依次生长n型掺杂层(21)、i型层(22)和p型掺杂层(23)。
2.根据权利要求1所述的平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，在光刻第一SiO2钝化层(13)之前还包括：在一衬底(10)上依次生长缓冲层(11)和n型缓冲层(12)；其中，所述第一SiO2钝化层(13)生长在所述n型缓冲层(12)上。
3.根据权利要求1所述的平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，在生长完p型掺杂层(23)之后还包括：
材料减薄处理，去除在第一SiO2钝化层(13)上的多余材料；
光刻并刻蚀部分第一SiO2钝化层(13)至n型缓冲层(12)表面，并制作n型欧姆接触金属层(31)与所述n型缓冲层(12)接触；
在p型掺杂层(23)表面制作p型欧姆接触金属层(32)；
在第一SiO2钝化层(13)上生长第二SiO2钝化层(33)；
光刻并刻蚀n型欧姆接触金属层(31)和p型欧姆接触金属层(32)表面的部分第二SiO2钝化层(33)；
在n型欧姆接触金属层(31)和p型欧姆接触金属层(32)的表面制作加厚金属层(34)。
4.根据权利要求3所述的平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，所述的生长第一SiO2钝化层(13)和生长第二SiO2钝化层(33)的方法为磁控溅射或等离子体增强化学气相沉积。
5.根据权利要求3所述的平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，所述的材料减薄处理方法为，先使用机械研磨，再化学机械抛光。
6.根据权利要求3所述的平面GaN基紫外探测器制作方法，其特征在于，所述的n型欧姆接触金属层(31)、p型欧姆接触金属层(32)和加厚金属层(34)的制作方法为磁控溅射或电子束蒸发方法。
7.一种平面GaN基紫外探测器，其特征在于，包括：第一SiO2钝化层(13)、n型掺杂层(21)、i型层(22)和p型掺杂层(23)；其中，所述第一SiO2钝化层(13)中刻蚀有通透孔洞，且所述n型掺杂层(21)，i型层(22)和p型掺杂层(23)从下到上依次生长在所述通透孔洞内。
8.根据权利要求7所述的平面GaN基紫外探测器，其特征在于，还包括：衬底(10)；缓冲层(11)，生长在所述衬底(10)上；n型缓冲层(12)，生长在所述缓冲层(11)上；且所述第一SiO2钝化层(13)生长在所述n型缓冲层(12)上。
9.根据权利要求8所述的平面GaN基紫外探测器，其特征在于，在边缘处刻蚀部分所述第一SiO2钝化层(13)至所述n型缓冲层(12)表面；所述探测器还包括：
n型欧姆接触金属层(31)，制作于被刻蚀掉所述第一SiO2钝化层(13)后露出的n型缓冲层(12)上表面至所述第一SiO2钝化层(13)部分上表面；
p型欧姆接触金属层(32)，制作于所述p型掺杂层(23)上表面；
第二SiO2钝化层(33)，生长在探测器上表面，且在所述n型欧姆接触金属层(31)和p型欧姆接触金属层(32)上方刻蚀有孔洞；
加厚金属层(34)，制作于所述第二SiO2钝化层(33)的孔洞内，分别与所述n型欧姆接触金属层(31)和p型欧姆接触金属层(32)相连。
10.根据权利要求9所述的平面GaN基紫外探测器，其特征在于，
所述衬底(10)的材料为蓝宝石或GaN；
所述n型缓冲层(12)，n型掺杂层(21)材料为n型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1018cm-3；
所述i型层(22)材料为非故意掺杂的GaN或AlGaN材料；
所述p型掺杂层(23)材料为p型掺杂的GaN或AlGaN材料，其掺杂浓度≥1×1017cm-3；
所述的n型欧姆接触金属层(31)为钛铂金、钛金、钛铝钛金、镍铂金、镍金或钛铝镍金合金材料；
所述的p型欧姆接触金属层(32)为镍金、钛金或钯金合金材料；
所述的加厚金属层(34)为镍金、钛金、钛铝钛金、钛铝镍金、镍镉金合金材料或其组合。
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2018
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