氮化镓基异质结气敏传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，特别是一种氮化镓基异质结气敏传感器的制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。根据其气敏机制，非电阻式半导体气体传感器一般是采用肖特基结构，以氢气传感为例来说明该类传感器的工作原理:肖特基二极管在与氢气接触时，氢气被吸附在催化金属表面，在金属的催化作用下分解为氢原子，氢原子从金属表面经晶格间隙扩散到金/半界面，二极管外加偏压后，氢原子被极化形成偶极层，二极管的势皇高度降低，输出电流增大，特性曲线发生漂移来检测氢气的存在。肖特基二极管型气体传感器具有制备简单、灵敏度高、稳定性高等优点。常用的半导体材料有S1、GaN、SiC等，只需在半导体材料上沉积一层很薄的金属就可形成肖特基结，一般采用金属Pt和Pd，金属Pt和Pd不仅可以与半导体材料形成肖特基结，同时由于它们对氢气的吸附具有催化作用，更能促进氢气分子在器件表面的吸附，提高了传感器的灵敏度。而氮化镓基异质结器件，其栅金属与半导体刚好形成肖特基势皇，同时具有较高的电子浓度，因此特别适用于制作气敏传感器件。
[0003]在本发明以前，普遍采用的氮化镓基异质结气敏传感器的制造方法为:在衬底上依次生长氮化镓缓冲层、非有意掺杂高迀移率氮化镓层、delta掺杂或非有意掺杂铝镓氮势皇层、金属Pt或Pd。由于这种传统制作，为了获得更高的传感灵敏度(即电流变化率)，通常需要更高浓度的二维电子气，而这就需要铝镓氮势皇层中的铝组分较高，同时传统结构对二维电子气的限制仅靠铝镓氮与氮化镓的异质结处形成的三角势阱，所以对二维电子气的限制作用有所局限，所以当氮化镓基异质结气敏传感器工作时，如果加以较大的漏极电压，就会引起一定的缓冲层漏电，从而引起电流下降而影响测量。同时由于高铝组分的铝镓氮势皇层表面形貌较差，具有气敏传感特性的金属如Pt电极不容易制作在其表面。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种氮化镓基异质结气敏传感器的制造方法。本发明是通过控制生长条件，如温度、压力，同时采用了特定的生长制作方法制作出了具有铟镓氮插入层和阶变铝镓氮势皇层结构的氮化镓基异质结气敏传感器，其中铟镓氮插入层的导带底能级在其压电极化电场的作用下被抬高，更好的把载流子限制在沟道之中。而阶变铝镓氮势皇层结构缓解了晶格适配的拉应力，提高了晶体质量和表面形貌，同时提高了铝镓氮势皇层的有效铝组分，便于在其上制作Pt等具有传感特性的金属电极，使得该传感器具有较好的灵敏度。
【附图说明】
[0005]为进一步说明本发明的内容，以下结合【具体实施方式】对本发明作一个详细的描述，其中:
[0006]图1是本发明的氮化镓基异质结气敏传感器的结构示意图；
[0007]图2是本发明的氮化镓基异质结气敏传感器的能带示意图；
[0008]图3是本发明的氮化镓基异质结气敏传感器的表面原子力显微镜的测试结果；
[0009]图4是本发明的氮化镓基异质结气敏传感器的在100°C下的循环响应曲线。
【具体实施方式】
[0010]请参阅图1所示，本发明发明了一种氮化镓基异质结气敏传感器的制造方法，其中包括:
[0011](I)选择一衬底10 ;该衬底10的材料为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLi03、ZnO ；
[0012](2)采用金属有机物化学气相淀积法，在衬底上生长一层低温氮化镓成核层20，该低温氮化镓成核层20的生长温度为500?600°C之间，生长压力为5.33 X 14?8.0 X 104帕，生长厚度为0.01?0.06μπι;
[0013](3)提高衬底10的温度，在低温氮化镓成核层20上生长非有意掺杂氮化镓高阻层30，该非有意掺杂氮化镓高阻层30的生长温度为1000?1100°C之间，生长压力为
1.33 X 14?4.0 X 10 4帕，生长厚度为I?5μπι;
[0014](4)改变生长室压力和降低温度，在非有意掺杂氮化镓高阻层30上生长一层铟镓氮插入层40，该铟镓氮插入层40的生长温度在700?850°C之间，生长压力为1.33 X 14?
4.0X 14帕，生长厚度为I?10nm，铟组分为1%?10% ;
[0015](5)不改变生长温度，在铟镓氮插入层40之上生长很薄的低温氮化镓隔离层50，用来防止铟的分凝扩散，该低温氮化镓隔离层50，生长温度在700?850°C之间，生长压力为1.33 XlO4- 4.0 X 10 4帕，生长厚度为I?5nm ;
[0016](6)改变生长室压力和提高温度，在低温氮化镓隔离层50之上，生长非有意掺杂高迀移率氮化镓层60，该非有意掺杂高迀移率氮化镓层60，生长温度在1000?1100°C之间，生长压力为5.33 X 14?8.0X 10 4帕，生长厚度为10?300nm，优化值在10?50nm ；
[0017](7)在非有意掺杂高迀移率氮化镓层60上，生长很薄的氮化铝插入层70，该氮化铝插入层70，生长温度在1000?1100°C之间，生长压力为1.33X 104?4.0X 10 4帕，生长厚度在I?3nm之间；
[0018](8)在氮化铝插入层70上生长3层非有意掺杂的铝镓氮势皇层，分别为势皇层80、势皇层90和势皇层100，生长温度在1000?IlOOcC之间，生长压力为1.33X 104?
4.0X 14帕。其中势皇层80生长厚度在5?1nm之间，铝组分为40?50%;势皇层90生长厚度在5?1nm之间，铝组分为25?35% ;势皇层100生长厚度在5?1nm之间，铝组分为5?15% ；
[0019](9)最后生长非有意掺杂的氮化镓帽层110，该非有意掺杂的氮化镓帽层90，生长温度在1000?IlOOcC之间，生长压力为1.33X 104?4.0X 10 4帕，生长厚度在I?300nm之间。
[0020](10)使用磁控溅射技术或电子束蒸发技术，在氮化镓帽层上淀积具有气敏传感特性的肖特基电极120。
[0021]请参阅图2所示的具体能带图结构，本发明关键在于通过分析异质结构中半导体的自发和压电极化效应，采用了铟镓氮插入层改善对