[发明专利]一种金属紫外光电探测器的制备工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种-金属紫外光电探测器的制备工艺。

背景技术

紫外探测器在军事和民用方面均有很高的应用价值. 军事上，紫外探测技术可用于导弹制导、导弹预警、紫外通讯等领域，这些已引起军方的高度重视. 紫外探测技术在民用领域中，可用于紫外树脂固化、燃烧工程及紫外水净化处理中的紫外线测量、火焰探测等非常广泛的领域. 因此，世界各国把紫外探测技术列为当今研究开发的重点课题. 目前，主要投入使用的仍然是硅基紫外光电管和光电倍增管. 前者灵敏度低而且还需要附带滤光片，而后者则有体积笨重、易损坏、效率低等缺点，因此日益发展的宽带隙半导体材料成为人们关注的重点。

为了克服上述问题，本发明一种GaN金属-半导体-金属紫外光电探测器的制备工艺，用GaN 样品制备了MSM 结构紫外探测器。GaN 具有宽的直接带隙，其室温禁带宽度为3. 4eV ，用它制备的探测器对波长大于365 nm 的光子不敏感，这个性质使它极适用于在红外及可见光背景下辨别并探测到紫外部分，是制备可见盲探测器的理想材料之一。

发明内容

       本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种GaN金属-半导体-金属紫外光电探测器的制备工艺。其技术方案是一种GaN金属-半导体-金属紫外光电探测器的制备工艺，其特征是：利用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上制备了GaN 单晶薄膜，并对样品进行X 射线衍射和光致发光谱测量。利用GaN 样品成功地制备了MSM结构GaN 紫外光电探测器。

用MOCVD 设备在(0001)晶向的蓝宝石(Al₂O₃ )衬底上采用两步生长法生长GaN 样品。三甲基镓(TMGa) 和高纯氨气(NH₃) 分别作Ⅲ族源和Ⅴ族源，Pd 纯化的H₂作载气. 生长前，衬底经有机溶液去油，用热H₂ SO₄ 与H₃PO₄ 混合液腐蚀之后用去离子水冲洗干净。衬底进反应室后先在1150℃的H₂气氛下烘烤20 min 以除去表面的吸附杂质，接着在H₂/ NH₃混合气氛下氮化3 min，然后降温至540℃左右生长20 nm 厚的GaN缓冲层，之后再将温度升至1100℃恒温6 min，使缓冲层重新结晶，最后在1070℃高温下生长约为3μm 厚的GaN外延层。

在制备器件之前，因样品暴露于空气中，对样品按标准的清洗程序进行表面清洗，以去除油污和金属。用增强化学气相沉积( PECVD) 方法在GaN样品表面淀积Si₃N₄ 介质膜，这层介质膜可以起到隔离器件的作用，还可以防止污染、划伤等影响器件性能。对样品进行光刻、显影，再用反应离子刻蚀(RIE) 技术刻蚀出窗口凹槽，样品经去胶后用去离子水冲洗，再用N₂气吹干。用型号为INNOTEC的电子束蒸发台，在真空度1. 333 2 Pa 下，蒸发厚度分别为20 nm/ 40nm/ 60 nm 的Ti/ Pt/ Au 三层金属，经合金退火后用剥离工艺形成间距相等、对称的叉指状电极。

根据我们的工艺条件，抗反射膜的厚度h 选取为230 nm左右。为了压焊引线，再次经过光刻、显影、腐蚀形成面积为75μm ×75μm 的压焊区。最后，探测器芯片经划片、烧结、键合、封装、老化等后道工序完成探测器的整个制备工艺。

本发明的特点是：GaN 基材料还具有很高的热导率和电子饱和速度，极高的击穿电场，稳定的物理和化学特性，用它制作的紫外探测器能很好地在高温和宇航及军事等极端条件下工作.。MSM结构因其平面型、制备工艺相对简单、无需制作p2n 结、避开掺杂和欧姆接触等问题容易获得高量子效率、高响应速度以及便于单片光电集成等诸多优点而倍受青睐。用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长了GaN 薄膜，样品是六角纤锌矿结构的单晶膜，结晶质量较好。用GaN 样品成功地制备了MSM 结构紫外光电探测器。. 光谱响应测试结果可知，探测器具备可见盲特性，具有较好的探测性能. 同时探测器也具有很好的耐压性能，具有广阔前景用途。

具体实施方式