[发明专利]提高GaN基肖特基结构性能的紫外探测器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及到半导体器件技术领域，特别是指一种提高氮化镓(GaN)基肖特基结构性能的紫外探测器及制作方法。

背景技术

作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)，在光电子学领域内有巨大的应用价值。GaN紫外探测器是一种非常重要的GaN基光电子器件，在导弹告警、火箭羽烟探测、紫外通信、生化武器探测、飞行器制导、宇宙飞船、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。与Si紫外探测器相比，GaN基紫外探测器由于具有可见光盲、量子效率高、可以在高温和苛性环境下工作等等不可比拟的优点，在实际应用中可以做到虚警率低、灵敏度高、抗干扰能力强，极大的受到了人们的关注。

目前，国际上已研制出MSM(金属-半导体-金属)结构、肖特基结构、pin结构等多种结构的GaN紫外探测器，其中肖特基结构由于回避了难度较大的P型GaN，受到了人们的关注。但是由于深能级的存在，光生载流子很容易在耗尽区复合，从而降低了器件的外量子效率，另外，这些深能级也能加剧隧穿电流，增加了噪声，阻碍了器件的实际应用和进一步发展。

发明内容

本发明目的在于，提出了一种提高GaN基肖特基结构性能的紫外探测器及制作方法，该结构和方法能够减小有源区深能级缺陷密度，从而有效的减小光生载流子复合和隧穿电流，从而提高了器件的性能。

本发明一种提高GaN基肖特基结构性能的紫外探测器，其特征在于，器件结构包括：

一衬底；

一成核层，该成核层制作在衬底上；

一高浓度的N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层制作在成核层上；

一有源层，该有源层制作在N型欧姆接触层上面的中间；

一肖特基接触电极，该肖特基接触电极制作在有源层上；

一欧姆接触电极，该欧姆接触电极为点状结构或环形结构，制作在欧姆接触层上面的两侧。

其中衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。

其中成核层为低温生长的氮化镓材料或者低温生长的氮化铝材料。

其中高N型欧姆接触层为高电子浓度的N型AlxGa 1-xN(0≤x≤1)材料，其电子浓度大于等于1×1018cm-3。

其中有源层为非故意掺杂的N型AlxGa 1-xN(0≤x≤1)材料，其电子浓度小于等于1×1017cm-3。

本发明一种提高GaN基肖特基结构性能的紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在衬底上利用外延生长设备生长成核层；

(2)在成核层上生长高N型掺杂浓度欧姆接触层；

(3)在高N型掺杂浓度欧姆接触层上生长有源层；

(4)将高N型掺杂浓度欧姆接触层上的有源层的两侧四周部分刻蚀；

(5)在有源层的上面制作N型肖特基电极；

(6)在高N型掺杂浓度欧姆接触层的上面两侧制作N型欧姆接触电极；

(7)将衬底减薄；

(8)然后进行管芯分割，封装在管壳上，完成氮化镓基紫外探测器的制作。

其中所述的衬底为蓝宝石、硅、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料。

其中成核层为低温生长的氮化镓材料或者低温生长的氮化铝材料。

其中高N型欧姆接触层为高电子浓度的N型AlxGa 1-xN(0≤x≤1)材料，其电子浓度大于等于1×1018cm-3。

其中有源层为非故意掺杂的N型AlxGa1-xN(0≤x≤1)材料，其电子浓度小于等于1×1017cm-3。

其中N型欧姆电极为点状结构或环形结构。

其中将衬底减薄至90-110微米。

本发明提出了的方法减小了有源区深能级缺陷密度(主要是Ga空位、Al空位等等)，有效的提高了GaN基肖特基结构紫外探测器性能，其特征在于，在GaN基肖特基结构探测器材料结构有源层N--AlxGa 1-xN(0≤x≤1)中，采取非故意掺杂，研究结果表明，少量的Si掺杂，能够明显的增加Ga空位、Al空位等点缺陷浓度，这些缺陷属于深能级缺陷，能够有效的减小少子扩散长度和少子寿命，增加了光生载流子的复合几率。同时，这些深能级点缺陷还能有助于增加隧穿几率，从而增加了器件的暗电流和噪声。而非故意掺杂，却能明显的降低这些点缺陷的密度，所以，本发明提出的提高GaN基肖特基结构紫外探测器性能的方法，能够减小深能级点缺陷对光生载流子的复合和隧穿几率，从而有效的提高了器件的外量子效率和降低了器件的噪声。

附图说明