减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器

摘要

本发明提出了一种新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器，在本发明提出的新型氮化镓基MSM结构紫外探测器中，在普通的氮化镓基MSM探测器材料结构N－－AlxGa1－xN(0≤x＜1＝上，外延生长一层薄的AlyGa1－yN材料(P型或者N型均可，0≤x＜y≤1＝，当光子能量在N－－AlxGa1－xN材料的禁带宽度附近的入射光照射到器件上时，能够透过表面的AlyGa1－yN层，被有源区N－－AlxGa1－xN材料层吸收，这样光生载流子只会受到AlyGa1－yN/N－－AlxGa1－xN界面层之间的界面态复合的影响，一般来说，界面态密度远低于表面态密度，这样器件的外量子效率得到了提高。

说明书

技术领域

本发明涉及到半导体器件技术领域，特别是指一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器及其制作方法。

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MSM结构由于工艺简单，受到了人们的关注。但是由于表面态的存在(一般来说，表面态密度远大于界面态密度)，光生载流子很容易在半导体表面复合，从而降低了器件的外量子效率，阻碍了器件的实际应用和进一步发展。

发明内容

本发明在于提出了一种新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器，该结构能够减小常规器件结构中表面态对光生载流子复合的问题，从而有效的提高器件的外量子效率。

本发明对普通的氮化镓基MSM结构紫外探测器进行了改进，其特征在于，在氮化镓基MSM探测器材料结构N^--Al_xGa_1-xN(0≤x＜1)上，外延生长一层薄的Al_yGa_1-yN材料(P型或者N型均可，但是其铝组分高于有源区的铝镓氮材料，即0≤x＜y≤1，厚度小于100nm)，当光子能量在N^--Al_xGa_1-xN材料的禁带宽度附近的入射光照射到器件上时，能够透过表面的Al_yGa_1-yN层，被有源区N^--Al_xGa_1-xN材料层吸收，这样光生载流子只会受到Al_yGa_1-yN/N^--Al_xGa_1-xN界面层之间的界面态复合的影响，一般来说，界面态密度远低于表面态密度，这样器件的外量子效率得到了提高。所以，本发明提出的新型的氮化镓基MSM结构紫外探测器，能够减小表面态对光生载流子的复合，从而有效的提高了器件的外量子效率。

一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，在普通的氮化镓基MSM结构紫外探测器的材料结构上，生长一层铝组分更高的铝镓氮层，这样可以减小表面态对光生载流子的复合，从而提高器件的外量子效率。

一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，其中包括：

一衬底(10)；

一有源层(11)，该有源层(11)制作在衬底(10)上；

一覆盖层(12)，该覆盖层(12)制作在有源层(11)上；

一肖特基接触电极(13)，该肖特基接触电极制作在覆盖层(12)上，

其面积小于覆盖层。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，有源层(11)为本征铝镓氮材料，其电子浓度小于1×10¹⁷cm^-3。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，覆盖层(12)为铝镓氮材料，P型、N型均可，其铝组分高于有源层(11)的铝组分，如果是N型铝镓氮，则其电子浓度小于1×10¹⁷cm^-3。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器，肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。

一种减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法，包括以下步骤：

(1)在衬底(10)上利用外延生长设备生长有源层(11)；

(2)在有源层上生长覆盖层(12)；

(3)在覆盖层(12)上制作肖特基接触电极；

(4)将衬底(10)进行减薄，然后进行管芯分割，最后封装在管壳上，制成氮化镓基MSM结构紫外探测器器件。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法，衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法，有源层(11)为本征铝镓氮材料，其电子浓度小于1×10¹⁷cm^-3。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法，覆盖层(12)为铝镓氮材料，P型、N型均可，其铝组分高于有源层(11)的铝组分，如果是N型铝镓氮，则其电子浓度小于1×10¹⁷cm^-3。

所述的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制作方法，肖特基接触电极(13)为交叉手指状结构。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明提出的减小表面态影响的氮化镓MSM结构紫外探测器结构示意图。

图2是两种器件结构的光电流谱模拟计算结果图。

具体实施方式

本发明提出的减小表面态影响的氮化镓基MSM结构紫外探测器的制备过程如下(其结构如图1所示)：在硅、蓝宝石、氮化镓、砷化镓或碳化硅材料为衬底10，利用MOCVD、MBE或者其他生长GaN材料的设备生长出器件结构，该结构包括有源区N^--Al_xGa_1-xN层11和Al组分更高的Al_yGa_1-yN层12(P型、N型均可)。然后用光刻、镀膜等方法先后作出肖特基接触电极13，其中，需要热退火来实现肖特基透明电极和改善肖特基接触特性。最后再进行减薄、分割、压焊、封装成紫外探测器器件。

为了进一步说明本器件结构的效果，我们以响应截止波长为365nm的氮化镓MSM紫外探测器为例说明该器件结构的制备过程，具体如下：利用MOCVD设备以蓝宝石为衬底10生长出器件结构，该结构包括有源区N^--GaN层11(厚度为3μm、电子浓度为5×10¹⁶cm^-3)和N^--Al_0.1Ga_0.9N层(厚度为50nm、电子浓度为5×10¹⁶cm^-3)。管芯尺寸为300μm×300μm。然后用光刻、镀膜等方法先后作出交叉手指状的肖特基接触电极(Ni/Au电极，其中Ni、Au厚度分别为3nm、5nm)，其中，需要在500℃退火5分钟来实现肖特基透明电极和改善肖特基接触特性。最后再进行减薄、切割、压焊、封装成紫外探测器器件样品。

我们对本发明提出的新型的氮化镓MSM结构紫外探测器和普通的MSM结构紫外探测器的性能进行了模拟计算，并进行了对比，结果如下：

图2两种器件结构的光电流谱模拟计算结果。其中，实线表示减小表面态影响的MSM结构探测器的光电流谱，虚线表示普通MSM结构探测器的光电流谱。

从上述的模拟结果来看，相比于普通的MSM结构紫外探测器来说，本发明提出的带有AlGaN覆盖层的新型MSM结构紫外探测器的外量子效率提高了，器件性能得到了改善。

本发明提出了表面盖有更高Al组分AlGaN层的新型GaN基MSM结构紫外探测器，模拟计算表明，该结构能有效的避免表面态对器件性能的影响，能明显的提高器件的外量子效率。