基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0002] 本发明属于信息材料与器件领域，设及一种悬空p-n结量子阱的光致晶体管及其 制备技术。
[0003]
【背景技术】
[0004] 氮化物材料特别是GaN材料，具有更高的禁带宽度，更大的电子饱和漂移速度，更 强的临近击穿电场，更高的热导率W及热稳定性等特性，是制备高频、高溫、高压、大功率器 件的理想材料。而基于娃衬底氮化物材料的光致晶体管器件，通过利用各向异性娃刻蚀技 术，剥离去除器件结构下娃衬底层，得到基于悬空氮化物薄膜P-n结量子阱的光致晶体管， 进一步采用氮化物背后减薄刻蚀技术，获得超薄的悬空器件。该器件一端的L邸光源发出的 光，由另一端的光电探测器感知到，实现器件的光致晶体管特性；该器件作为两个共地的 L抓光源，独立地传输被调制的光信号，实现可见光无线通信的双通道发射;该器件作为两 个共地的光电探测器，独立地感知空间光信号，实现可见光无线通信的双通道探测。运为发 展面向可见光无线通信、光传感的氮化物光子及光学微电子器件提供了新的方向。
[0005]
【发明内容】
[0006] 技术问题:本发明提供一种基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，将该晶体管一端 作为Lm)光源，另一端作为光电探测器、两个共地的Lm)光源、两个共地的光电探测器，分别 实现器件的光致晶体管特性、可见光无线通信的双通道发射和可见光无线通信的双通道探 测，本发明同时提供一种该晶体管的制备方法。
[0007] 技术方案:本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，W娃基氮化物晶片为载 体，包括娃衬底层、设置在所述娃衬底层上的外延缓冲层、设置在所述外延缓冲层上的两个 p-n结量子阱器件;所述p-n结量子阱器件由n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱、P-GaN层、P-电极 和n-电极构成，在所述n-GaN层上表面有刻蚀出的阶梯状台面，所述阶梯状台面包括下台面 和位于下台面上的上台面，所述InGaN/GaN多量子阱、P-GaN层、P-电极从下至上依次连接设 置在上台面的上方，所述n-电极设置在下台面上，为两个p-n结量子阱器件所共用；在所述 n-GaN层下方设置有贯穿娃衬底层、外延缓冲层至n-GaN层中的空腔，使得p-n结量子阱器件 悬空。
[000引进一步的，本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管中，所述P-电极由依次连 接的悬空P-电极区、P-电极导电区和P-电极引线区组成;所述n-电极由相互连接的n-电极 导电区和n-电极引线区组成，两个p-n结量子阱器件的悬空P-电极区和部分n-电极导电区、 部分n-电极引线区构成悬空电极区，所述空腔位于悬空电极区的下方。
[0009]进一步的，本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管中，所述p-n结量子阱器 件在娃基氮化物晶片的氮化物层上实现。
[0010] 进一步的，本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管中，所述P-电极和n-电极 均为Ni/Au电极，即沉积的金属材料为Ni/Au。
[0011] 本发明的制备上述基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的方法，包括W下步骤： 步骤(1)在娃基氮化物晶片背后对娃衬底层进行减薄抛光； 步骤(2)在娃基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，采用曝光技术在光刻胶层上 定义出n-GaN台阶区域，所述n-GaN台阶区域包括下台面和上台面； 步骤(3)采用反应离子束刻蚀n-GaN台阶区域，得到阶梯状台面； 步骤(4)在娃基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，光刻定义出位于上台面的p-n 结量子阱器件的P-电极窗口区域、位于下台面的P-n结量子阱器件的n-电极窗口区域，然后 在所述P-电极窗口区域与n-电极窗口区域分别蒸锻Ni/Au，形成欧姆接触，实现P-电极与n-电极，去除残余光刻胶后，即得到P-n结量子阱器件； 步骤巧)在娃基氮化物晶片顶层涂胶保护，防止刻蚀过程中损伤表面器件，在娃基氮化 物晶片的娃衬底层下表面旋涂一层光刻胶层，利用背后对准技术，定义出一个对准并覆盖 p-n结量子阱器件悬空部分的背后刻蚀窗口； 步骤(6)将外延缓冲层作为刻蚀阻挡层，利用背后深娃刻蚀技术，通过背后刻蚀窗口将 所述娃衬底层贯穿刻蚀至外延缓冲层的下表面； 步骤口 )采用氮化物背后减薄刻蚀技术，从下往上对外延缓冲层和n-GaN层进行氮化物 减薄处理，形成一个空腔； 步骤(8)去除残余光刻胶，获得基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管器件。
[0012] 进一步的，本发明制备方法中，所述步骤(4)中的蒸锻Ni/Au，采用剥离工艺和溫度 控制在500? 5°C的氮气退火技术实现。
[0013] 进一步的，本发明制备方式中，步骤(7)中的氮化物背后减薄刻蚀技术为离子束轰 击或反应离子束刻蚀技术。
[0014] 进一步的，本发明制备方式中，所述步骤(4)中定义的P-电极窗口区域包括依次连 接的悬空P-电极区窗口、P-电极导电区窗口和P-电极引线区窗口，所述n-电极窗口区域包 括相互连接的n-电极导电区窗口和n-电极引线区窗口。
[0015] 本发明通过曝光技术和氮化物刻蚀工艺，将LED、光电探测器转移到顶层氮化物器 件层。利用各向异性娃刻蚀技术，剥离去除器件结构下娃衬底层和外延缓冲层，进一步采用 氮化物背后减薄刻蚀技术，获得超薄的基于悬空P-n结量子阱的光致晶体管。
[0016] 本发明中，晶体管一端作为Lm)光源，另一端作为光电探测器，由于两个器件之间 优异的光谱匹配特性，光电探测器能够感知Lm)器件发出的光，将光信号转成电信号输出， 从而实现器件的光致晶体管特性。
[0017] 本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，可W将该晶体管作为两个共地的 L抓光源，独立地传输被调制的光信号，实现可见光无线通信的双通道发射。可W将该晶体 管作为两个共地的光电探测器，独立地感知空间光信号，实现可见光无线通信的双通道探 测。本发明器件W光子作为信息传输载体，很好地解决了信号传输时崎变失真、能量损耗等 问题；同时，本器件既可W作为两个L邸光源，也可作为两个光电探测器，实现器件的多功能 应用。
[0018]有益效果:本发明与现有技术相比，具有W下优点： 本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管区别于传统电致晶体管W电子作为传输 载体，采用光子作为信息传输的载体，使信息在传输中所造成的信息崎变和失真极小，光传 输、转换时能量消耗和散发热量极低。同时，光致晶体管器件既可作为Lm)光源，也可作为光 电探测器使用；同时，实现晶体管源、漏极的双向利用。解决了器件的多功能应用问题，功能 更加全面且制作工艺简洁，为平面光子集成开创了一种新的光致晶体管器件。
[0019]本发明器件将光源、光电探测器集成在同一忍片上，L抓器件发出的光，在另一端 被光电探测器探测到，利用量子阱器件的电光效应和光电效应，实现光致晶体管特性； 本发明器件可作为两个Lm)光源，采用共地结构，独立地传输被调制的光信号，实现可 见光无线通信的双通道发射； 本发明器件可作为两个光电探测器，采用共地结构，独立地感知空间传输的光信号，实 现可见光无线通信的双通道探测。
[0020] 本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，其制备技术与娃加工技术兼容，可 实现面向可见光波段光通信、光传感的平面光子集成器件。
[0021]
【附图说明】
[0022] 图1是本发明基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管结构示意图。
[0023] 图2是本发明基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管俯视图。
[0024] 图3是本发明基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的制造流程图。
[0025] 图中有：1 -娃衬底层;2 -外延缓冲层;3 -n-GaN; 4 - InGaN/GaN多量子阱；5 -P-GaN层;6-p-电极；7-n-电极;8-悬空P-电极区；9-p-电极导电区；10-p-电极引线区； 11-n-电极导电区；12-n-电极引线区；13-悬空电极区。
[0026]
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0028] 图1、图2给出了本发明的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的结构示意图。该器 件W娃基氮化物晶片为载体，包括娃衬底层1、设置在所述娃衬底层1上的外延缓冲层2、设 置在所述外延缓冲层2上的p-n结量