专利名称：Pin结构氮化镓基紫外探测器及其制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件领域，特别是指一种新型的PIN结构氮化镓基紫外探测器器件。
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)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微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。与硅紫外探测器相比，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。
在众多的氮化镓紫外探测器器件结构中，由于PIN结构具有外量子效率高、暗电流小、适合做阵列等优点，受到人们的重视。到目前为止，所有的PIN结构氮化镓紫外探测器的结构中，都采用本征氮化镓作为有源区，由于本征氮化镓有较高的本底电子浓度，导致耗尽区宽度很窄，很难进一步提高器件的外量子效率。但是本征氮化镓的本底电子浓度很难进一步降低，从而阻碍了氮化镓紫外探测器的进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于提出了新型的PIN结构氮化镓紫外探测器，该结构采用P型氮化镓作为有源区，可以有效的提高器件的外量子效率。
本发明一种PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中包括一衬底；一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层制作在衬底上；一有源层，该有源层制作在N型欧姆接触层上，并且该有源层的面积小于N型欧姆接触层；一窗口层，该窗口层制作在有源层上；一N型欧姆电极，该N型欧姆电极制作在N型欧姆接触层上；一P型欧姆电极，该P型欧姆电极制作在窗口层上。
其中该衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料。
其中N型欧姆接触层为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
其中有源层为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3。
其中窗口层为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层和N型欧姆接触层的氮化镓材料的铝组分。
其中N型欧姆电极为点结构或环形结构。
其中P型欧姆电极为点结构或环形结构。
本发明一种PIN结构氮化镓紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1在衬底上用外延生长设备生长N型欧姆接触层；步骤2在N型欧姆接触层上生长有源层；步骤3在有源层上生长窗口层；步骤4将有源层、窗口层进行部分刻蚀；步骤5在窗口层上制作P型欧姆电极；步骤6在N型欧姆接触层上制作N型欧姆电极；步骤7将衬底减薄至100μm左右，然后进行管芯分割、压焊，最后封装在管壳上，制成PIN结构氮化镓紫外探测器器件。
其中衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料。
其中N型欧姆接触层为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
其中有源层为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3。
其中窗口层为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层和N型欧姆接触层的氮化镓材料的铝组分。
其中N型欧姆电极为点结构或环形结构。
其中P型欧姆电极为点结构或环形结构。
本发明采用自由载流子浓度很低的P型氮化镓做为有源区，然后在P型氮化镓的有源区上外加一层铝组分更高的P型铝镓氮材料作为窗口层。器件整体结构为P-AlyGal-yN/P--AlxGa1-xN/N+-AlxGal-xN(0≤x＜y≤1)。这样，当波长为有源区的吸收带边附近的入射光照射到器件上时，由于窗口层不吸收，入射光直接被P型氮化镓有源层吸收，由于这一层的耗尽区宽度很宽，光生载流子能被内建电场充分分离，形成光电流，从而避免了光生载流子的大量复合。另外一方面，由于窗口层不吸收光子，从而避免了实现P型欧姆接触的难度。器件的外量子效率得到提高。
为进一步说明本发明的内容，下面结合实施实例及附图详细说明如后，其中图1本发明提出的PIN结构氮化镓基紫外探测器结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种PIN结构氮化镓基紫外探测器，其中包括一衬底10，该衬底10为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料；一N型欧姆接触层11，该N型欧姆接触层制作在衬底10上，该N型欧姆接触层11为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3；一有源层12，该有源层12制作在N型欧姆接触层11上，并且该有源层12的面积小于N型欧姆接触层11，该有源层12为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3；一窗口层13，该窗口层13制作在有源层12上，该窗口层13为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层12和N型欧姆接触层11的氮化镓材料的铝组分；一N型欧姆电极14，该N型欧姆电极制作在N型欧姆接触层11上，该N型欧姆电极14为点结构或环形结构；一P型欧姆电极15，该P型欧姆电极制作在窗口层13上，该P型欧姆电极15为点结构或环形结构。
请再结合参阅图1所示，本发明一种PIN结构氮化镓紫外探测器的制作方法，包括如下步骤步骤1在衬底10上用外延生长设备生长N型欧姆接触层11，该衬底10为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料；步骤2在N型欧姆接触层11上生长有源层12，该N型欧姆接触层11为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3；步骤3在有源层12上生长窗口层13，该有源层12为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3；步骤4将有源层12、窗口层13进行部分刻蚀；步骤5在窗口层13上制作P型欧姆电极15，该窗口层13为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层12和N型欧姆接触层11的氮化镓材料的铝组分，该P型欧姆电极15为点结构或环形结构；步骤6在N型欧姆接触层11上制作N型欧姆电极14，该N型欧姆电极14为点结构或环形结构；步骤7将衬底10减薄至100μm左右，然后进行管芯分割、压焊，最后封装在管壳上，制成PIN结构氮化镓紫外探测器器件。
为了进一步说明本发明提出的PIN结构氮化镓紫外探测器的结构，我们以器件响应截止波长为165nm为例说明该器件的制备过程(结合参阅图1)，具体如下以蓝宝石为衬底10，用MOCVD设备依次生长出N型GaN层11(厚度为3μm，电子浓度为3×1018cm-3)、弱P型GaN有源层12(厚度为0.6μm，空穴浓度为5×1015cm-3)、P型Al0.1Ga0.9N窗口层13(厚度为0.1μm，空穴浓度为1×1017cm-3)。用干法刻蚀作出台阶结构，露出N型GaN层11，然后用光刻、镀膜等工艺作出P型欧姆电极15(Ni/Au电极)、N型欧姆电极14(Ti/Al电极)。其中，在温度为500℃、热退火时间为5分钟实现透明电极和改善P型欧姆接触特性。最后进行衬底减薄、管芯分割、压焊、封装，制成PIN结构氮化镓紫外探测器。
本发明提出的一种新型的PIN结构氮化镓基紫外探测器，该器件结构采用低载流子浓度的P型氮化镓层作为有源区，有效的提高器件的外量子效率。
权利要求
1.一种PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中包括一衬底；一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层制作在衬底上；一有源层，该有源层制作在N型欧姆接触层上，并且该有源层的面积小于N型欧姆接触层；一窗口层，该窗口层制作在有源层上；一N型欧姆电极，该N型欧姆电极制作在N型欧姆接触层上；一P型欧姆电极，该P型欧姆电极制作在窗口层上。
2.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中该衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料。
3.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中N型欧姆接触层为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
4.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中有源层为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3。
5.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中窗口层为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层和N型欧姆接触层的氮化镓材料的铝组分。
6.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中N型欧姆电极为点结构或环形结构。
7.根据权利1所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中P型欧姆电极为点结构或环形结构。
8.一种PIN结构氮化镓紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1在衬底上用外延生长设备生长N型欧姆接触层；步骤2在N型欧姆接触层上生长有源层；步骤3在有源层上生长窗口层；步骤4将有源层、窗口层进行部分刻蚀；步骤5在窗口层上制作P型欧姆电极；步骤6在N型欧姆接触层上制作N型欧姆电极；步骤7将衬底减薄至100μm左右，然后进行管芯分割、压焊，最后封装在管壳上，制成PIN结构氮化镓紫外探测器器件。
9.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓或砷化镓材料。
10.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中N型欧姆接触层为氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
11.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中有源层为P型氮化镓材料，其自由载流子浓度小于1×1016cm-3。
12.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中窗口层为P型铝镓氮材料，其铝组分高于有源层和N型欧姆接触层的氮化镓材料的铝组分。
13.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中N型欧姆电极为点结构或环形结构。
14.根据权利8所述的PIN结构氮化镓基紫外探测器的制作方法，其特征在于，其中P型欧姆电极为点结构或环形结构。
全文摘要
一种PIN结构氮化镓基紫外探测器，其特征在于，其中包括一衬底；一N型欧姆接触层，该N型欧姆接触层制作在衬底上；一有源层，该有源层制作在N型欧姆接触层上，并且该有源层的面积小于N型欧姆接触层；一窗口层，该窗口层制作在有源层上；一N型欧姆电极，该N型欧姆电极制作在N型欧姆接触层上；一P型欧姆电极，该P型欧姆电极制作在窗口层上。
文档编号G01N21/33GK1747184SQ20041007436
公开日2006年3月15日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者赵德刚, 杨辉 申请人:中国科学院半导体研究所