專利名稱：減小表面態(tài)影響的氮化鎵基msm結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器及其制作方法。
背景技術(shù)：
作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵(GaN)及其系列材料(包括氮化鋁、鋁鎵氮、銦鎵氮、氮化銦)以其光譜范圍寬(覆蓋了從紫外到紅外全波段)，在光電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)有巨大的應(yīng)用價值。GaN紫外探測器是一種非常重要的GaN基光電子器件，在導(dǎo)彈告警、火箭羽煙探測、紫外通信、生化武器探測、飛行器制導(dǎo)、宇宙飛船、火災(zāi)監(jiān)測等民用、軍用領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。與Si紫外探測器相比，GaN基紫外探測器由于具有可見光盲、量子效率高、可以在高溫和苛性環(huán)境下工作等等不可比擬的優(yōu)點，在實際應(yīng)用中可以做到虛警率低、靈敏度高、抗干擾能力強，極大的受到了人們的關(guān)注。
目前，國際上已研制出MSM(金屬—半導(dǎo)體—金屬)結(jié)構(gòu)、肖特基結(jié)構(gòu)、pin結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)的GaN紫外探測器，其中MSM結(jié)構(gòu)由于工藝簡單，受到了人們的關(guān)注。但是由于表面態(tài)的存在(一般來說，表面態(tài)密度遠(yuǎn)大于界面態(tài)密度)，光生載流子很容易在半導(dǎo)體表面復(fù)合，從而降低了器件的外量子效率，阻礙了器件的實際應(yīng)用和進一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提出了一種新型的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，該結(jié)構(gòu)能夠減小常規(guī)器件結(jié)構(gòu)中表面態(tài)對光生載流子復(fù)合的問題，從而有效的提高器件的外量子效率。
本發(fā)明對普通的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器進行了改進，其特征在于，在氮化鎵基MSM探測器材料結(jié)構(gòu)N--AlxGa1-xN(0≤x＜1)上，外延生長一層薄的AlyGa1-yN材料(P型或者N型均可，但是其鋁組分高于有源區(qū)的鋁鎵氮材料，即0≤x＜y≤1，厚度小于100nm)，當(dāng)光子能量在N--AlxGa1-xN材料的禁帶寬度附近的入射光照射到器件上時，能夠透過表面的AlyGa1-yN層，被有源區(qū)N--AlxGa1-xN材料層吸收，這樣光生載流子只會受到AlyGa1-yN/N--AlxGa1-xN界面層之間的界面態(tài)復(fù)合的影響，一般來說，界面態(tài)密度遠(yuǎn)低于表面態(tài)密度，這樣器件的外量子效率得到了提高。所以，本發(fā)明提出的新型的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，能夠減小表面態(tài)對光生載流子的復(fù)合，從而有效的提高了器件的外量子效率。
一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，在普通的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的材料結(jié)構(gòu)上，生長一層鋁組分更高的鋁鎵氮層，這樣可以減小表面態(tài)對光生載流子的復(fù)合，從而提高器件的外量子效率。
一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其中包括一襯底(10)；一有源層(11)，該有源層(11)制作在襯底(10)上；一覆蓋層(12)，該覆蓋層(12)制作在有源層(11)上；一肖特基接觸電極(13)，該肖特基接觸電極制作在覆蓋層(12)上，其面積小于覆蓋層。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，襯底(10)為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵材料。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，有源層(11)為本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，覆蓋層(12)為鋁鎵氮材料，P型、N型均可，其鋁組分高于有源層(11)的鋁組分，如果是N型鋁鎵氮，則其電子濃度小于1×1017cm-3。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，肖特基接觸電極(13)為交叉手指狀結(jié)構(gòu)。
一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，包括以下步驟
(1)在襯底(10)上利用外延生長設(shè)備生長有源層(11)；(2)在有源層上生長覆蓋層(12)；(3)在覆蓋層(12)上制作肖特基接觸電極；(4)將襯底(10)進行減薄，然后進行管芯分割，最后封裝在管殼上，制成氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器器件。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，襯底(10)為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵材料。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，有源層(11)為本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，覆蓋層(12)為鋁鎵氮材料，P型、N型均可，其鋁組分高于有源層(11)的鋁組分，如果是N型鋁鎵氮，則其電子濃度小于1×1017cm-3。
所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，肖特基接觸電極(13)為交叉手指狀結(jié)構(gòu)。


為了進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是本發(fā)明提出的減小表面態(tài)影響的氮化鎵MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是兩種器件結(jié)構(gòu)的光電流譜模擬計算結(jié)果圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制備過程如下(其結(jié)構(gòu)如圖1所示)在硅、藍寶石、氮化鎵、砷化鎵或碳化硅材料為襯底10，利用MOCVD、MBE或者其他生長GaN材料的設(shè)備生長出器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)N--AlxGa1-xN層11和Al組分更高的AlyGa1-yN層12(P型、N型均可)。然后用光刻、鍍膜等方法先后作出肖特基接觸電極13，其中，需要熱退火來實現(xiàn)肖特基透明電極和改善肖特基接觸特性。最后再進行減薄、分割、壓焊、封裝成紫外探測器器件。
為了進一步說明本器件結(jié)構(gòu)的效果，我們以響應(yīng)截止波長為365nm的氮化鎵MSM紫外探測器為例說明該器件結(jié)構(gòu)的制備過程，具體如下利用MOCVD設(shè)備以藍寶石為襯底10生長出器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)N--GaN層11(厚度為3μm、電子濃度為5×1016cm-3)和N--Al0.1Ga0.9N層(厚度為50nm、電子濃度為5×1016cm-3)。管芯尺寸為300μm×300μm。然后用光刻、鍍膜等方法先后作出交叉手指狀的肖特基接觸電極(Ni/Au電極，其中Ni、Au厚度分別為3nm、5nm)，其中，需要在500℃退火5分鐘來實現(xiàn)肖特基透明電極和改善肖特基接觸特性。最后再進行減薄、切割、壓焊、封裝成紫外探測器器件樣品。
我們對本發(fā)明提出的新型的氮化鎵MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器和普通的MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的性能進行了模擬計算，并進行了對比，結(jié)果如下圖2兩種器件結(jié)構(gòu)的光電流譜模擬計算結(jié)果。其中，實線表示減小表面態(tài)影響的MSM結(jié)構(gòu)探測器的光電流譜，虛線表示普通MSM結(jié)構(gòu)探測器的光電流譜。
從上述的模擬結(jié)果來看，相比于普通的MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器來說，本發(fā)明提出的帶有AlGaN覆蓋層的新型MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的外量子效率提高了，器件性能得到了改善。
本發(fā)明提出了表面蓋有更高Al組分AlGaN層的新型GaN基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，模擬計算表明，該結(jié)構(gòu)能有效的避免表面態(tài)對器件性能的影響，能明顯的提高器件的外量子效率。
權(quán)利要求
1.一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，在普通的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的材料結(jié)構(gòu)上，生長一層鋁組分更高的鋁鎵氮層，這樣可以減小表面態(tài)對光生載流子的復(fù)合，從而提高器件的外量子效率。
2.一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，其中包括一襯底(10)；一有源層(11)，該有源層(11)制作在襯底(10)上；一覆蓋層(12)，該覆蓋層(12)制作在有源層(11)上；一肖特基接觸電極(13)，該肖特基接觸電極制作在覆蓋層(12)上，其面積小于覆蓋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，襯底(10)為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵材料。
4.根據(jù)權(quán)利1或2所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，有源層(11)為本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，覆蓋層(12)為鋁鎵氮材料，P型、N型均可，其鋁組分高于有源層(11)的鋁組分，如果是N型鋁鎵氮，則其電子濃度小于1×1017cm-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，其特征在于，肖特基接觸電極(13)為交叉手指狀結(jié)構(gòu)。
7.一種減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在襯底(10)上利用外延生長設(shè)備生長有源層(11)；(2)在有源層上生長覆蓋層(12)；(3)在覆蓋層(12)上制作肖特基接觸電極；(4)將襯底(10)進行減薄，然后進行管芯分割，最后封裝在管殼上，制成氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，其特征在于，襯底(10)為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，其特征在于，有源層(11)為本征鋁鎵氮材料，其電子濃度小于1×1017cm-3。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，其特征在于，覆蓋層(12)為鋁鎵氮材料，P型、N型均可，其鋁組分高于有源層(11)的鋁組分，如果是N型鋁鎵氮，則其電子濃度小于1×1017cm-3。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的減小表面態(tài)影響的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器的制作方法，其特征在于，肖特基接觸電極(13)為交叉手指狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新型的氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器，在本發(fā)明提出的新型氮化鎵基MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器中，在普通的氮化鎵基MSM探測器材料結(jié)構(gòu)N
文檔編號H01L31/18GK1877868SQ200510011898
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者趙德剛, 楊輝 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所