专利名称：GaN基日盲型紫外探测器面阵及其制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件技术领域，特别是指一种GaN基日盲型紫外探 测器面阵及其制作方法。
背景技术：
紫外探测技术在军事和民用等方面都有着广泛的应用。军事上，在导 弹预警、飞行器制导、秘密通信、生化武器探测等领域中都有着重要的应 用价值；民用上，在明火探测、生物医药分析、臭氧监测、海上油监、太 阳照度监测、公安侦察等方面都有着紫外探测器的需求。特别是当响应波 段处于200 280nm时，由于臭氧层强烈的吸收作用，使得该波段的紫外线 不能到达地面，从而形成"日盲区(也称为太阳盲区)"。如果紫外告警系 统将响应波段置于日盲波段，由于没有自然光辐照，背景噪声很小，虚警 率可以大幅降低。
作为第三代半导体材料的GaN属直接带隙半导体，具有禁带宽度大、 电子饱和速度高、介电常数小等优点，优越的物理化学稳定性使其可以在 苛刻的条件下工作，适合制备多种器件。特别是其三元合金AlGaN,随A1组 分的变化禁带宽度在3. 14 6. 12eV之间连续变化，对应波长范围为 200 365mn ,是制作紫外探测器特别是日盲型紫外探测器的理想材料之
由于GaN及其合金的优越性质以及在紫外探测方面广泛的应用前景， GaN基紫外探测器特别是紫外探测器面阵成为目前的研究热点之一。但是 由于在高Al组分AlGaN材料的生长，P-AlGaN欧姆接触的制作，以及面阵 制作工艺等方面存在着困难，阻碍了日盲型紫外探测器面阵的实际制作和 应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种GaN基日盲型紫外探测器面阵及其制作
方法，其可可以用于实现紫外成像，提高器件的实用性。
本发明提供一种GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在于，包括 一衬底；
一成核层，该成核层生长在衬底上；
一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层生长在成核层上；
一有源层，该有源层生长在N型欧姆接触层上；
一P型欧姆接触层，该P型欧姆接触层生长在有源层上；
一 P型欧姆接触电极，该P型欧姆接触电极生长在P型欧姆接触层上；
一二次金属，该二次金属生长在P型欧姆接触电极的上面；
一 N型欧姆接触电极，该N型欧姆接触电极生长在N型欧姆接触层上；
一钝化层，该钝化层淀积在N型欧姆接触层、有源层、P型欧姆接触
层、P型欧姆接触电极、二次金属和N型欧姆接触电极的两侧。
其中N型欧姆接触层、有源层和P型欧姆接触层形成PIN型结构的半
导体材料。
其中衬底的材料为蓝宝石或氮化铝材料。 其中成核层为低温生长的氮化铝材料。
其中N型欧姆接触层为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分大于等于 0.45，其电子浓度大于lx10 cm 。
其中有源层为非故意掺杂的N型铝镓氮材料，其中铝组分大于等于 0.45，其电子浓度小于lxlO"cnT3。
其中P型欧姆接触层为铝镓氮材料，其中铝组分与有源层相同，其自 由载流子浓度大于lxl017cnT3。
其中P型欧姆接触电极的材料为镍金合金。
其中N型欧姆接触电极的材料为钛铝钛金多层金属，电极为环形结构， 只在面阵边缘引出，由所有像元共用。
其中二次金属的材料为钛金双层金属。
本发明又提供一种GaN基日盲型紫外探测器面阵的生长方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤1:在衬底上依次制备成核层、N型欧姆接触层、有源层和P型 欧姆接触层；
步骤2:在P型欧姆接触层的上面生长一 P型欧姆接触电极；
步骤3:将前述步骤制备得到的芯片结构两侧进行刻蚀，刻蚀深度到
达N型欧姆接触层，形成台阶状结构；
步骤4:在N型欧姆接触层上生长共用的N型欧姆接触电极；
步骤5:在前述步骤制备得到的芯片结构的上表面及刻蚀后的台阶状
结构的两侧淀积钝化层；
步骤6:在钝化层上光刻、腐蚀出引线孔，并在引线孔中、P型欧姆
接触电极的上面生长二次金属；
步骤7:将衬底减薄，进行管芯分割，完成探测器面阵制作。
其中N型欧姆接触层、有源层和P型欧姆接触层，形成PIN型结构的
半导体材料。
其中衬底的材料为蓝宝石或氮化铝。 其中成核层为低温生长的氮化铝材料。
其中N型欧姆接触层为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分大于等于
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0.45，其电子浓度大于1x10 cm 。
其中有源层为非故意掺杂的N型铝镓氮材料，其中铝组分大于等于 0. 45，其电子浓度小于lxl0口cm—3。
其中P型欧姆接触层为铝镓氮材料，其中铝组分与有源层相同，其自 由载流子浓度大于lxl017cm—3。
其中P型欧姆接触电极的材料为镍金合金。
其中N型欧姆接触电极的材料为钛铝钛金多层金属，电极为环形结构， 只在面阵边缘引出，由所有像元共用。
其中二次金属的材料为钛金双层金属。 其中衬底减薄至150微米。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中
图1为该紫外探测器面阵的材料生长结构图； 图2为刻蚀得到台面后像素结构示意图； 图3为器件制作完成后像素结构示意图； 图4为器件制作完成后的面阵示意图。
具体实施例方式
请参阅图l一图4，本发明提供了一种GaN基日盲型紫外探测器面阵，
包括
一衬底10，该衬底10的材料为蓝宝石或氮化铝材料； 一成核层20，该成核层20生长在衬底IO上，该成核层20为低温生 长的氮化铝材料；
一 N型欧姆接触层30，该N型欧姆接触层30生长在成核层20上，该 N型欧姆接触层30为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分高于后叙的P型欧 姆接触层50和有源层40，其电子浓度大于lxl018cm—3;
一有源层40，该有源层40生长在N型欧姆接触层30上，该有源层 40为非故意掺杂的N型铝镓氮材料，其中铝组分大于等于0.45，其电子 浓度小于lxl017cm—3;
一 P型欧姆接触层50，该P型欧姆接触层50生长在有源层40上，该 P型欧姆接触层50为铝镓氮材料，其中铝组分与有源层40相同，其自由 载流子浓度大于lxl0"cnT3，其中N型欧姆接触层30、有源层40和P型欧 姆接触层50形成PIN型结构的半导体材料；
一 P型欧姆接触电极60，该P型欧姆接触电极60生长在P型欧姆接 触层50上，该P型欧姆接触电极60的材料为镍金合金；
一二次金属70，该二次金属70生长在P型欧姆接触电极60的上面， 该二次金属70的材料为钛金双层金属；
一N型欧姆接触电极90，该N型欧姆接触电极90生长在N型欧姆接 触层30上，该N型欧姆接触电极90的材料为钛铝钛金多层金属，电极为 环形结构，只在面阵边缘引出，由所有像元共用，不必在每个像元中分别 引出；一钝化层80，该钝化层80淀积在N型欧姆接触层30、有源层40、 P 型欧姆接触层50、 P型欧姆接触电极60、 二次金属70和N型欧姆接触电 极90的两侧。
请再参阅图l一图4，本发明提供一种GaN基日盲型紫外探测器面阵 的生长方法，包括如下步骤
步骤l:在衬底10上依次制备成核层20、 N型欧姆接触层30、有源 层40、 P型欧姆接触层50，该N型欧姆接触层30、有源层40和P型欧姆 接触层50形成PIN型结构的半导体材料，所述衬底10的材料为蓝宝石或 氮化铝材料；所述成核层20为低温生长的氮化铝材料；所述N型欧姆接 触层30为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分高于P型欧姆接触层50和有 源层40，其电子浓度大于lxl018cm—3;所述有源层40为非故意掺杂的N 型铝镓氮材料，其中铝组分大于等于0.45，其电子浓度小于lxlO m3; 所述P型欧姆接触层50为铝镓氮材料，其中铝组分与有源层40相同，其 自由载流子浓度大于lxl017CnT3;
步骤2:在P型欧姆接触层50的上面生长一 P型欧姆接触电极60， 该P电极金属60的材料为镍金合金，得到芯片结构；
步骤3:将制备得到的芯片结构两侧进行刻蚀，刻蚀深度到达N型欧
姆接触层30，形成台阶状结构；
步骤4:在N型欧姆接触层30上生长共用的N型欧姆接触电极90， 该N型欧姆接触电极90的材料为钛铝钛金多层金属，电极为环形结构， 只在面阵边缘引出，由所有像元共用，不必在每个像元中分别引出，得到 新的芯片结构；
步骤5:在芯片结构的上表面及刻蚀后的台阶状结构的两侧淀积钝化 层80;
步骤6:在钝化层80上光刻、腐蚀出引线孔，并在引线孔中、P型欧 姆接触电极60的上面生长二次金属70，该二次金属70的材料为钛金双层 金属；
步骤7:将衬底IO进行减薄至150微米，进行管芯分割，完成探测器 面阵制作。
为进一步说明本发明的一种GaN基日盲型紫外探测器面阵及其制作方
9法，我们以器件响应波长为247nm为例说明该器件的制作过程(结合参阅 图1一图4)，具体如下以蓝宝石为衬底IO，用MOCVD设备依次生长出低 温(50(TC)氮化铝成核层20 (厚度为0.8^m)、重掺杂的N型欧姆接触层 30 (材料为AlQ.85Ga().15N，厚度为0. 6,，电子浓度为3x10 cm )、非故意 掺杂的N型有源层40 (材料为AlQ.65Gao.35N，厚度为0. 15pm，电子浓度为 lxl016cm—3)、 P型欧姆接触层(材料为AlQ.65Ga。.35N，厚度为O. 3,，载流 子浓度为lxl0"cm—3)，其中N型欧姆接触层30、有源层40和P型欧姆接 触层50形成P-AlxGa卜XN/N—AlxGai—XN/N+-AlyGa!—yN(0. 45《x〈y《l)型结构
的半导体材料(请参阅图1)，这样，当光由背部入射到探测器上时，波长 较短的光(〈225nm，由y的数值决定)被N型欧姆接触层30吸收，不能 到达有源区40产生响应，形成短波截止，波长较长的光(〉255nm，由x 的数值决定)不能引起有源层40的响应，形成长波截止。利用光刻、镀 膜等工艺在P型欧姆接触层50的上面生长一 P型欧姆接触电极60，该P 电极金属60的材料为镍金，厚度为5nm/5nm，并在500。C下快速退火5分 钟以改善P电极欧姆接触特性；然后用干法刻蚀得到台阶形结构，刻蚀深 度为0. 5pm (请参阅图2);再在N型欧姆接触层30上生长共用的N型欧 姆接触电极90，该N型欧姆接触电极90的材料为钛铝钛金多层金属，厚 度为15nm/200nm/40nm/250nm，电极为环形结构，只在面阵边缘引出，由 所有像元共用，不必在每个像元中分别引出，得到新的芯片结构；在芯片 结构的上表面及刻蚀后的台阶状结构的两侧淀积钝化层80;在钝化层80 上光刻、腐蚀出引线孔，并在引线孔中、P型欧姆接触电极60的上面生长 二次金属70，该二次金属70的材料为钛金双层金属(请参阅图3);最后 将衬底10进行减薄至150微米，进行管芯分割，完成探测器面阵制作(请 参阅图4)。
惟以上所述的，仅为本发明的较佳实施例而己，当不能以此限定本发 明实施的范围，即凡是依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单 的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求涵盖的范围内。
权利要求
1、一种GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在于，包括一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在N型欧姆接触层上；一P型欧姆接触层，该P型欧姆接触层生长在有源层上；一P型欧姆接触电极，该P型欧姆接触电极生长在P型欧姆接触层上；一二次金属，该二次金属生长在P型欧姆接触电极的上面；一N型欧姆接触电极，该N型欧姆接触电极生长在N型欧姆接触层上；一钝化层，该钝化层淀积在N型欧姆接触层、有源层、P型欧姆接触层、P型欧姆接触电极、二次金属和N型欧姆接触电极的两侧。
2、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中N型欧姆接触层、有源层和P型欧姆接触层形成PIN型结构的半 导体材料。
3、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中衬底的材料为蓝宝石或氮化铝材料。
4、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中成核层为低温生长的氮化铝材料。
5、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中N型欧姆接触层为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分大于等于 0.45，其电子浓度大于lxl018cm—3。
6、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中有源层为非故意掺杂的N型铝镓氮材料，其中铝组分大于等于 0.45，其电子浓度小于lxl017cnT3。
7、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中P型欧姆接触层为铝镓氮材料，其中铝组分与有源层相同，其自由载流子浓度大于lxlO nT。
8、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中P型欧姆接触电极的材料为镍金合金。
9、 根据权利要求1所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中N型欧姆接触电极的材料为钛铝钛金多层金属，电极为环形结构， 只在面阵边缘引出，由所有像元共用。
10、 根据权利要求l所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵，其特征在 于，其中二次金属的材料为钛金双层金属。
11、 一种GaN基日盲型紫外探测器面阵的生长方法，其特征在于，包 括如下步骤步骤l:在衬底上依次制备成核层、N型欧姆接触层、有源层和P型 欧姆接触层；步骤2:在P型欧姆接触层的上面生长一 P型欧姆接触电极；步骤3:将前述步骤制备得到的芯片结构两侧进行刻蚀，刻蚀深度到达N型欧姆接触层，形成台阶状结构；步骤4:在N型欧姆接触层上生长共用的N型欧姆接触电极；步骤5:在前述步骤制备得到的芯片结构的上表面及刻蚀后的台阶状结构的两侧淀积钝化层；步骤6:在钝化层上光刻、腐蚀出引线孔，并在引线孔中、P型欧姆 接触电极的上面生长二次金属；步骤7:将衬底减薄，进行管芯分割，完成探测器面阵制作。
12、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中N型欧姆接触层、有源层和P型欧姆接触层，形成 PIN型结构的半导体材料。
13、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中衬底的材料为蓝宝石或氮化铝。
14、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中成核层为低温生长的氮化铝材料。
15、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中N型欧姆接触层为重掺杂的铝镓氮材料，其中铝组分大于等于0.45，其电子浓度大于lxlO cnT。
16、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中有源层为非故意掺杂的N型铝镓氮材料，其中铝组 分大于等于0. 45，其电子浓度小于lxlO"cnT3。
17、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中P型欧姆接触层为铝镓氮材料，其中铝组分与有源 层相同，其自由载流子浓度大于lxl017cm3。
18、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中P型欧姆接触电极的材料为镍金合金。
19、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中N型欧姆接触电极的材料为钛铝钛金多层金属，电 极为环形结构，只在面阵边缘引出，由所有像元共用。
20、 根据权利要求H所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中二次金属的材料为钛金双层金属。
21、 根据权利要求11所述的GaN基日盲型紫外探测器面阵的制作方 法，其特征在于，其中衬底减薄至150微米。
全文摘要
一种GaN基日盲型紫外探测器面阵，包括一衬底；一成核层，该成核层生长在衬底上；一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层生长在成核层上；一有源层，该有源层生长在N型欧姆接触层上；一P型欧姆接触层，该P型欧姆接触层生长在有源层上；一P型欧姆接触电极，该P型欧姆接触电极生长在P型欧姆接触层上；一二次金属，该二次金属生长在P型欧姆接触电极的上面；一N型欧姆接触电极，该N型欧姆接触电极生长在N型欧姆接触层上；一钝化层，该钝化层淀积在N型欧姆接触层、有源层、P型欧姆接触层、P型欧姆接触电极、二次金属和N型欧姆接触电极的两侧。
文档编号H01L27/144GK101621066SQ200810116040
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者王国东, 明 种, 苏艳梅, 颜廷静 申请人:中国科学院半导体研究所