專利名稱：具有改良結(jié)構(gòu)的msm光探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光探測領(lǐng)域的一種金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光探測器，特別涉及一種具有掩埋型叉指結(jié)構(gòu)的MSM光探測器及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)型光探測器利用金屬與半導(dǎo)體界面間的肖特基勢壘形成類似PN結(jié)的載流子耗盡區(qū)。半導(dǎo)體內(nèi)由入射光產(chǎn)生的光生載流子在外加電場的作用下反向肖特基結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)發(fā)生漂移運(yùn)動，迅速被探測器兩端電極收集。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩個背對背的共平面的肖特基勢壘連接，其金屬接觸通常采用直接在半導(dǎo)體表面制作交叉條紋形狀，光可以在金屬叉指的電極間隙被吸收，MSM結(jié)構(gòu)的光探測器避免了以往肖特基光電二極管金屬層的光吸收，提高了入射光的光照面積。同時MSM結(jié)構(gòu)光探測器還具有結(jié)構(gòu)簡單、 寄生電容小、響應(yīng)速度快、制作工藝成本低等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各類光子和粒子探測器中。傳統(tǒng)MSM結(jié)構(gòu)探測器在材料表面直接采用光刻_沉積金屬_剝離的步驟獲得表面的電極圖形，這種方式工藝簡單，容易獲得良好的肖特基接觸，但由于MSM結(jié)構(gòu)其屬于表面器件結(jié)構(gòu)，因此對材料表面本身的要求較高，如果材料表面存在大量的缺陷和雜質(zhì)，則會產(chǎn)生一定數(shù)量的表面能級，在外加偏壓的作用下會形成電子泄漏的通道，器件的暗電流增大。 同時由于MSM型光探測器只利用了器件材料表面的部分(有源區(qū)厚度與光在吸收材料中的衰減深度有關(guān))，因此其探測效率有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，其采用掩埋在材料內(nèi)的電極結(jié)構(gòu)代替原有的表面電極結(jié)構(gòu)，該掩埋型電極可以在材料內(nèi)部形成水平方向的電場，獲得比表面電極結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的電場場強(qiáng)，電子在較強(qiáng)的場強(qiáng)作用下，沿著近似直線的軌跡運(yùn)動，加速光生載流子的漂移，從而有效的縮短器件的響應(yīng)時間，提高器件的響應(yīng)度。本發(fā)明的另一目的在于提供制備前述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的方法。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，包括自上而下依次設(shè)置的有源層、緩沖層及絕緣襯底，所述有源層上還設(shè)有電極，其特征在于至少所述電極的局部被掩埋設(shè)置于有源層中。優(yōu)選的，所述電極被掩埋設(shè)置于有源層中，且其上端面與有源層上端面平齊。作為一較佳實施方式，該光探測器包括按從下向上的順序依次疊設(shè)在藍(lán)寶石襯底的AlN緩沖層和GaN有源層，所述GaN有源層上掩埋設(shè)置金屬叉指電極。優(yōu)選的，所述電極采用金屬叉指電極。如上所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于，該方法為在疊設(shè)于絕緣襯底上的有源層表面掩?？涛g形成掩埋電極溝道，并在掩埋電極溝道內(nèi)填充導(dǎo)電材料，形成設(shè)定形態(tài)的電極；
所述有源層與絕緣襯底之間還設(shè)有緩沖層。進(jìn)一步的，該方法包括如下步驟
(1)在有源層表面涂覆光刻膠，并曝光、顯影制作出電極光刻圖形；
(2)以光刻圖形為掩膜，在有源層上刻蝕形成掩埋電極溝道；
(3)在掩埋電極溝道內(nèi)沉積金屬，再除去有源層表面的光刻膠，制成電極圖形。所述電極采用金屬叉指電極。所述絕緣襯底包括藍(lán)寶石襯底，所述緩沖層包括AlN緩沖層，所述有源層包括GaN 有源層。該方法具體為
(1)在GaN有源層表面涂覆光刻膠，并通過紫外曝光工藝進(jìn)行曝光、顯影，制作出叉指型電極光刻圖形；
(2)以光刻圖形為掩膜，在GaN有源層上通過濕法腐蝕或干法刻蝕形成掩埋電極溝道；
(3)在掩埋電極溝道內(nèi)沉積金屬，再剝離去除有源層表面的光刻膠，制成電極圖形。


圖1是本發(fā)明掩埋型電極型MSM探測器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a是傳統(tǒng)MSM探測器的電場物理模型示意圖2b是本發(fā)明掩埋型電極型MSM探測器的電場物理模型示意圖； 圖3是本發(fā)明掩埋型電極型MSM探測器的掩埋型電極電場分布計算圖； 圖4是本發(fā)明掩埋型電極型MSM探測器的制作工藝流程圖。圖5是本發(fā)明一較佳實施例中掩埋型電極型MSM探測器的俯視圖。
具體實施例方式參閱圖1，本發(fā)明的掩埋型電極結(jié)構(gòu)的MSM探測器包括自下至上依次為藍(lán)寶石沉底1、A1N緩沖層2、GaN有源層3、金屬叉指電極4。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是用掩埋在材料內(nèi)的電極結(jié)構(gòu)代替原有的表面電極結(jié)構(gòu)，通過這種方式可以改善材料表面態(tài)對器件性能如暗電流變大、金屬接觸性能變差所帶來的不利影響。MSM探測器的電場物理模型如圖2a和圖2b所示，其中圖2a是傳統(tǒng)平面型電極結(jié)構(gòu)，對于無掩埋電極的場強(qiáng)隨著有源區(qū)縱向深度的增加而減少，電極下方衰減較快，電極中間衰減較慢。圖2b是本發(fā)明中的掩埋式電極結(jié)構(gòu)，在掩埋電極深度的區(qū)域電場近視為均勻分布，電極間電場線近似直線分布，在大于掩埋電極深度的區(qū)域，電場分布與平面型叉指結(jié)構(gòu)相似。圖3所示系本發(fā)明掩埋型電極結(jié)構(gòu)MSM探測器的電場分布，可以明顯的看到這種探測器的電場在掩埋電極區(qū)域近似為均勻分布，電極間電場線近似直線分布，計算結(jié)果與理論吻合很好。掩埋型電極可以在材料內(nèi)部形成水平方向的電場方向，獲得比表面電極結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的電場場強(qiáng)，電子在較強(qiáng)的場強(qiáng)作用下，沿著近似直線的軌跡運(yùn)動，加速了光生載流子的漂移，有效的縮短了器件的響應(yīng)時間，提高了器件的響應(yīng)度。因為掩埋型電極結(jié)構(gòu)可以獲得更寬范圍的電流擴(kuò)展，所以可以采用更窄的叉指寬度，從而使材料的光照面積變大，使器件的光電轉(zhuǎn)化效率和靈敏度進(jìn)一步得到提高，可以得到性能優(yōu)越的探測器。以下結(jié)合一較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。參閱圖4，本實施例涉及一種GaN基紫外光探測器，其制作方法如下
1.在GaN表面涂覆光刻膠；
2.通過紫外曝光工藝對GaN樣品表面光刻膠進(jìn)行曝光、顯影，制作出叉指型電極光刻圖形；
3.以光刻圖形為掩膜，通過濕法腐蝕或干法刻蝕的技術(shù)手段制作出掩埋電極溝道；
4.在樣品表面進(jìn)行金屬沉積；
剝離，去除樣品表面的光刻膠，獲得電極圖形，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。上述實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，包括自上而下依次設(shè)置的有源層、緩沖層及絕緣襯底，所述有源層上還設(shè)有電極，其特征在于至少所述電極的局部被掩埋設(shè)置于有源層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，其特征在于所述電極被掩埋設(shè)置于有源層中，且其上端面與有源層上端面平齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，其特征在于它包括按從下向上的順序依次疊設(shè)在藍(lán)寶石襯底的AlN緩沖層和GaN有源層，所述GaN有源層上掩埋設(shè)置金屬叉指電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器，其特征在于所述電極采用金屬叉指電極。
5.如權(quán)利要求1所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于，該方法為在疊設(shè)于絕緣襯底上的有源層表面掩模刻蝕形成掩埋電極溝道，并在掩埋電極溝道內(nèi)填充導(dǎo)電材料，形成設(shè)定形態(tài)的電極；所述有源層與絕緣襯底之間還設(shè)有緩沖層。
6.如權(quán)利要求5所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)在有源層表面涂覆光刻膠，并曝光、顯影制作出電極光刻圖形；(2)以光刻圖形為掩膜，在有源層上刻蝕形成掩埋電極溝道；(3)在掩埋電極溝道內(nèi)沉積金屬，再除去有源層表面的光刻膠，制成電極圖形。
7.如權(quán)利要求5或6所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于所述電極采用金屬叉指電極。
8.如權(quán)利要求5或6所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于所述絕緣襯底包括藍(lán)寶石襯底，所述緩沖層包括AlN緩沖層，所述有源層包括GaN有源層。
9.如權(quán)利要求5所述具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器的制備方法，其特征在于，該方法具體為(1)在GaN有源層表面涂覆光刻膠，并通過紫外曝光工藝進(jìn)行曝光、顯影，制作出叉指型電極光刻圖形；(2)以光刻圖形為掩膜，在GaN有源層上通過濕法腐蝕或干法刻蝕形成掩埋電極溝道；(3)在掩埋電極溝道內(nèi)沉積金屬，再剝離去除有源層表面的光刻膠，制成電極圖形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有改良結(jié)構(gòu)的MSM光探測器及其制備方法。該探測器包括自上而下依次設(shè)置的有源層、緩沖層及絕緣襯底，該有源層上還設(shè)有電極，并且至少所述電極的局部被掩埋設(shè)置于有源層中；其制備方法為在疊設(shè)于絕緣襯底上的有源層表面掩?？涛g形成掩埋電極溝道，并在掩埋電極溝道內(nèi)填充導(dǎo)電材料，形成設(shè)定形態(tài)的電極。本發(fā)明用掩埋在半導(dǎo)體材料內(nèi)的電極結(jié)構(gòu)代替原有的表面電極結(jié)構(gòu)，掩埋型電極可以在材料內(nèi)部形成水平方向的電場，獲得比表面電極結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的電場場強(qiáng)，電子在較強(qiáng)的場強(qiáng)作用下，沿著近似直線的軌跡運(yùn)動，加速了光生載流子的漂移，有效的縮短了器件的響應(yīng)時間，提高了器件的響應(yīng)度，且其制備工藝簡單可控。
文檔編號H01L31/18GK102324445SQ20111028294
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者付凱, 劉冬, 張寶順, 李海軍, 楊樂臣, 熊敏 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所