光检测元件的制作方法
光检测元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化而引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。本发明的实施例提供一种光检测元件，所述光检测元件包括：基板；缓冲层，形成于所述基板上；第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域；光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上；肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
【专利说明】光检测元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光检测元件，更详细地讲，涉及一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。
【背景技术】
[0002]紫外线是将太阳光的光谱拍摄成照片时出现在可视光线的短波长的外侧的不可见光，在1801年由德国的化学家J.W.里特首次发现了该紫外线。
[0003]这里，紫外线是由约397?IOnm波长形成的宽的范围内的电磁波的总称，波长极短的紫外线与X线几乎没有区别。此外，由于紫外线的化学作用强大，因此与红外线称为热线对应地被称为化学线。
[0004]波长为400nm以下的紫外线根据波长而划分为几个波段，UV-A波段为320nm?400nm，太阳光中到达地表面的98%以上属于该波段，其对人体皮肤黑化现象或皮肤老化产生影响。UV-B波段为280nm?320nm，太阳光中只有约2%到达地表面，对人体产生皮肤癌或白内障、红斑等非常严重的影响。虽然大部分UV-B被臭氧层所吸收，但是由于最近臭氧层的破坏而使到达地表面的UV-B量及区域增加，因此成为严重的环境问题。UV-C波段为200nm?280nm，来自太阳光的部分全部被吸收到大气中而几乎无法到达地表面。该波段广泛利用于杀菌作用。在定量化这种紫外线对人体的影响中最具代表性的是由UV-B入射量来定义的紫外线指数(UV index)。
[0005]可感测紫外线的元件包括光电增倍管(PMT, PhotoMultiplier Tube)或半导体元件，但由于半导体元件与PMT相比价格便宜且尺寸小，从而最近在大部分情况下多使用半导体元件。在半导体元件中广泛利用能带隙适用于紫外线感测的GaN (氮化镓)、SiC (碳化硅)等。
[0006]其中特别是对于基于GaN的元件的情况，主要使用肖特基(schottky)结形态和金属-半导体-金属(MSM, Metal-Semi conductor-Metal)形态以及PIN形态的元件,特别是由于肖特基结形态的元件的制造过程简单从而成为是优选的。
[0007]这里，肖特基结形态的元件在异质基板上依次层积缓冲层、光吸收层、肖特基结层，并且第一电极在缓冲层或光吸收层上形成，而第二电极在肖特基结层上形成。
[0008]此时，缓冲层可由GaN层形成，光吸收层可由AlGaN层形成，然而由于GaN层和AlGaN层之间的晶格失配和热膨胀系数的差异，因此在AlGaN层的Al含量为15%以上且厚度为0.1 μ m以上的情况下，在AlGaN层产生裂缝而使收率降低。
[0009]为解决上述问题，可在GaN缓冲层和AlGaN光吸收层之间使用AlN缓冲层，但在这样使用AlN缓冲层的情况下，由于AlN层的高能带隙和绝缘特性而存在使光检测反应度降低的问题。
[0010]此外，作为光吸收层来使用AlGaN层时，由于在Al含量为15%以上时的高阻抗，很难直接在AlGaN层形成欧姆接合，而且由于肖特基结势垒大而存在无法获得均匀的肖特基结特性的问题。
[0011]并且，为防止裂缝而将光吸收层的厚度设为0.1 μ m以下时，由于光吸收层的薄厚度而存在降低光吸收效率、降低其反应度的问题。
【发明内容】
[0012]技术问题
[0013]本发明是为了解决包括如上所述的问题而提出的，本发明实施例目的在于提供一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。
[0014]此 外，本发明实施例的其他目的在于，提供一种特别是为提高欲要检测的光的透过率而在肖特基层使用氧化铟锡(ΙΤ0)等的光检测元件。
[0015]此外，本发明实施例的其他目的在于，提供一种为提高肖特基层的肖特基特性而在肖特基层底面插入由掺杂有Mg的P-1nzGahN (0〈ζ〈1)构成的顶层的光检测元件。
[0016]并且，本发明实施例的其他目的在于，提供一种为了防止因引线键合时的应力而引发的肖特基层的剥落(peeling)，通过肖特基固定层使肖特基层的一部分和顶层的一部分同时接触固定的光检测元件。
[0017]技术方案
[0018]根据本发明的优选的实施例，提供了一种光检测元件，所述光检测元件包括:基板；缓冲层，形成于所述基板上；第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域；光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上；肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
[0019]这里，还包括形成于所述光吸收层上的顶层，并且所述肖特基层形成于所述顶层上的部分区域。
[0020]此外，还包括肖特基固定层，形成于所述肖特基层上，并沿着所述肖特基层的边缘覆盖所述肖特基层的一部分。
[0021]并且，还包括第二电极层，与所述第一带隙变化层相隔而形成于所述缓冲层上，并与所述缓冲层欧姆接合。
[0022]此时，所述基板优选为蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板、AlN基板、Si基板中的任
意一种。
[0023]此外，所述缓冲层包括形成于基板上的低温GaN层和形成于所述低温GaN层上的闻温GaN层。
[0024]此时，所述第一带隙变化层可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
[0025]并且，所述第一带隙变化层也可以由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0026]此时，所述光吸收层的能带隙高于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的Al含量随着接近上层而增加。
[0027]此时，所述光吸收层由AlxGa^N (0〈χ〈0.7)层构成。
[0028]此外，所述第一带隙变化层可由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0029]此外，所述第一带隙变化层也可以由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0030]此时，所述光吸收层的能带隙低于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的In含量随着接近上层而增加。
[0031]此时，所述光吸收层由InyGa^yN (0<y<0.5)层构成。
[0032]并且，还可以包括第二带隙变化层，形成于所述光吸收层和所述顶层之间。
[0033]此时，所述第二带隙变化层可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
[0034]并且，所述第二带隙变化层也可以由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0035]此时，所述顶层的能带隙低于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的Al含量随着接近上层而减少。
[0036]此时，所述顶层由掺杂Mg的P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成，并且所述光吸收层由AlxGaJ (0〈x〈0.7)层构成。[0037]此外，所述第二带隙变化层可由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0038]此外，所述第二带隙变化层也可以由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0039]此时，所述顶层的能带隙高于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的In含量随着接近上层而减少。
[0040]此时，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGapzN (0〈ζ〈1)层构成，并且所述光吸收层由InyGa1^yN (0〈χ〈0.5)层构成。
[0041]此外，所述第一带隙变化层优选为以大于Onm且50nm以下的厚度形成。
[0042]此外,所述光吸收层优选为以0.Ιμπι~0.5μηι厚度形成。
[0043]此外，所述第二带隙变化层以大于Onm且20nm以下的厚度形成。
[0044]此外,所述顶层优选为以大于Onm且IOnm以下的厚度形成。
[0045]此外，所述肖特基层优选为由ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
[0046]并且，所述肖特基固定层优选为由ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一
种构成。
[0047]有益效果
[0048]根据本发明的实施例的光检测元件，通过在缓冲层和光吸收层之间形成能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象，并提高光吸收层的结晶特性，从而具有提高光检测元件的可靠性的效果。
[0049]此外，通过在光吸收层和顶层之间形成能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于光吸收层和顶层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象，并提高顶层的结晶特性，从而实现提高光检测元件的可靠性的效果。
[0050]此外，通过将与现有的Ni相比光透过率优越的ITO等应用于肖特基层，具有提高光检测元件的反应度的效果。
[0051]此外，通过在肖特基层的底面形成P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)顶层，使容易实现肖特基层与顶层的肖特基结的形成，并通过肖特基固定层使肖特基层和顶层的一部分同时接触固定，从而可通过克服由引线键合而引起的应力来防止肖特基层的剥落(peeling)现象，并由此具有提高光检测元件的生产收率的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]图1是根据本发明第一实施例的光检测元件的剖面图；
[0053]图2是根据本发明第一实施例的光检测元件的俯视图；
[0054]图3是根据本发明第一实施例的光检测元件的能带示图；
[0055]图4是根据本发明第二实施例的光检测元件的剖面图；
[0056]图5是根据本发明第二实施例的光检测元件的能带示图；
[0057]图6是根据本发明第三实施例的光检测元件的剖面图；
[0058]图7是根据本发明第三实施例的光检测元件的能带示图；
[0059]图8是根据本发明第四实施例的光检测元件的剖面图；
[0060]图9是根据本发明第四实施例的光检测元件的能带示图；
[0061]图10是根据本发明第五实施例的光检测元件的剖面图；
[0062]图11是根据本发明第五实施例的光检测元件的能带示图；
[0063]图12是根据本发明第六实施例的光检测元件的剖面图；
[0064]图13是根据本发明第六实施例的光检测元件的能带示图。
[0065]符号说明:
[0066]1、2、3、4、5、6:光检测兀件
[0067]11:基板
[0068]12:缓冲层
[0069]12a:低温 GaN 层
[0070]12b:高温 GaN 层
[0071]13、131、132、133:第一带隙变化层
[0072]14、141:光吸收层
[0073]15、151、152、153:第二带隙变化层
[0074]16:顶层
[0075]17:肖特基层
[0076]18:肖特基固定层
[0077]19:第一电极层
[0078]20:第二电极层
[0079]20a:主体部
[0080]20b:翼部
【具体实施方式】
[0081]以下，参照【专利附图】
【附图说明】根据本发明实施例的光检测元件的优选实施例。为了清楚和方便说明，在此过程中图中所示的线宽或构件的尺寸有可能被夸大示出。
[0082]此外，以下用语是考虑本发明中的功能而定义的用语，因此可根据用户或运用者的意图而变化。因此，这些用语应基于本说明书的整体内容来定义。
[0083]例如，当在本说明书中提到一个层在另一层或基板“上”时，指的是该层直接在另一层或基板上形成或在其之间夹有第三层。此外，在本说明书中上侧、上(部)和上侧表面等方向性的用词可理解为下侧、下(部)、下侧面等含义。即，关于空间上的方向的用词应理解为相对的方向，而不应限制性地理解为绝对的方向。
[0084]此外，以下实施例不应被视为限定本发明的权利范围，其只是在本发明权利要求书中所提到的构成要素的示例性事项，而且包含于本发明整个说明书中的技术构思以及包含作为权利要求书的构成要素的等同物而可替换的构成要素的实施例可包括在本发明的权利范围内。
[0085]并且，虽然以下实施例特别描述有关紫外线光的检测，但除此之外也可利用于其他波长区域的光检测。
[0086]第一实施例
[0087]图1是根据本发明第一实施例的光检测元件的剖面图，图2是根据本发明第一实施例的光检测元件的俯视图，图3是根据本发明第一实施例的光检测元件的能带示图。
[0088]如图1所示，根据本发明第一实施例的光检测元件I在基板11上形成缓冲层12，在缓冲层12上的部分区域形成第一带隙变化层13，在第一带隙变化层13上形成光吸收层14，并在光吸收层14上形成顶层16。
[0089]此外，在顶层16上的部分区域形成肖特基层17，并在肖特基层17上形成肖特基固定层18。此时，如图1和图2所示，肖特基固定层18以比肖特基层17的更宽的宽度形成，从而可沿着肖特基层17边缘覆盖向肖特基层17外围暴露的顶层16的一部分。
[0090]此外，在肖特基固定层18上的部分区域形成第一电极层19，并且在缓冲层12上与第一带隙变化层13相隔而形成第二电极层20。
[0091]这里,作为基板11可使用蓝宝石(sapphire)、AIN、SiC、GaN> Si等,缓冲层12包括形成在基板11上的低温GaN层12a和形成在低温GaN层12a上的高温GaN层12b。
[0092]首先，将基板11定位在有机金属化学气相沉积(MOCVD)装置反应管的基座上，并将反应管内部的压力降低到IOOtorr以下以清除不纯气体。
[0093]然后，将反应管内部的压力维持在IOOtorr并将温度增加到1100°C以热清洗异质基板11的表面之后，将温度降至550°C并流通Ga源(source)和氨(NH3)气使低温GaN层12a生长，此时反应管的整体气流由氢(H2)气而决定。
[0094]此外，为了确保在低温GaN层12a上生长的高温GaN层12b的结晶性和光学及电学特性，低温GaN层12a优选为至少以25nm以上的厚度形成。
[0095]在低温GaN层12a生长后，将基座的温度增加到1000°C?1100°C (优选为增加到1050°C)而使高温GaN层12b生长。此时，如果温度未达到1000°C，则使光学、电学和结晶学特性下降，而如果温度超过1000°C，则使表面粗糙度增加且使结晶性下降。
[0096]高温GaN层12b的厚度优选为约2 μ m,虽然在不做参杂时高温GaN层12b也显示n-type特性,但是为了 n_type效果也可以掺杂Si。
[0097]光吸收层14生长在高温GaN层12b上，为将光吸收层14用作紫外线B波段检测吸收层，通常光吸收层14应具有15%以上的铝(Al)含量和0.1ym以上的厚度。
[0098]然而，在上述条件下生长时，由于光吸收层14和高温GaN层12b之间的晶格失配和热膨胀系数的差异而产生裂缝，由此导致发生特性和收率降低的问题。
[0099]因此，使约1050°C的高温AlN缓冲层形成在高温GaN层12b和光吸收层14之间，但是在如此地使用高温AlN缓冲层时，虽然可以抑制裂缝的生产，但由于AlN缓冲层的能带隙变大为约6eV而使AlN缓冲层几乎成为绝缘层，因此很难获得高品质的结晶性，并且由于绝缘特性而干扰微电流的流动。
[0100]为解决这种问题，在本发明的第一实施例中，在高温GaN层12b和光吸收层14之间形成第一带隙变化层13，此时，第一带隙变化层13在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长。
[0101]第一带隙变化层13由每个层的Al含量互不相同的多层构成，并且也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成,也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。对于图1至图3所示的根据本发明第一实施例的光检测元件1，示出了由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而形成第一带隙变化层13的示例。
[0102]此时，为了最小化由光吸收层14吸收的光能而导致的电流流动的减少，第一带隙变化层13的整体厚度优选为50nm以下，并且构成第一带隙变化层13的多个层的厚度优选为均是相同的厚度，但也可以具有互不相同的厚度，并且各层的厚度和层数可根据需要适当地选择。
[0103]在第一带隙变化层13生长后，将使由AlxGa^N (0<x<0.7)层构成的光吸收层14生长。通过在高温GaN层12b生长条件下供应Al源来形成AlGaN层并用作光吸收层14。
[0104]此时，光吸收层14生长为0.1 μ m~0.5 μ m厚度，但考虑到裂缝等影响，优选生长为0.2μπ?左右的厚度。
[0105]此外，光吸收层14的能带隙根据所要吸收的光的波长区域而不同，并且可通过适当地调整Al含量而选择性地生长出具有所期望的能带隙的光吸收层14。
[0106]根据本发明的第一实施例，如图3所示，由AlxGahN (0<χ<0.7)层构成的光吸收层14的能带隙高于高温GaN层12b的能带隙，并且构成为第一带隙变化层13中越是邻近高温GaN层12b的层的能带隙就越低，越是邻近光吸收层14的能带隙就越高。
[0107]即，第一带隙变化层13的各层的能带隙构成为随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层14的上层而变高，为此，将构成第一带隙变化层13的多个AlGaN层构成为上层的Al含量高于下层的Al含量。
[0108]光吸收层14生长后，在光吸收层14上使由掺杂有Mg的P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成的顶层16生长，这是为了容易实现肖特基层17的肖特基结。
[0109]此时，顶层16的厚度优选为IOnm以下，如果顶层16的厚度太厚，则可发生同时体现PN特点和肖特基特性的现象。此外，在霍尔(Hall)测量时顶层16的Mg掺杂浓度低于5 X 107/cm3的程度即可。
[0110]此外，作为P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层的顶层16优选为在800°C左右下生长，这是由于即使供应同样的In源也存在In成分根据生长温度的不同而变得不同的倾向。并且，也可以将顶层16以p-GaN/InGaN的超晶格层生长。
[0111]顶层16生长后,通过干法刻蚀(dry etching)来刻蚀顶层16、光吸收层14和第一带隙变化层13，并在通过刻蚀暴露的高温GaN层12b上层积例如Cr/Ni/Au而形成第二电极层20。此时，第二电极层20和高温GaN层12b构成为具有欧姆特性，并且刻蚀时可以刻蚀至闻温GaN层12b的一部分。
[0112]此外，第二电极层20由Cr/Ni/Au构成时，虽然电极特点根据各自的厚度而不同，但是第二电极层20的整体厚度优选为400nm以上。
[0113]并且，第二电极层20包括在高温GaN层12b的角落部与第一带隙变化层13相隔而形成的主体部20a和从主体部20a沿着第一带隙变化层13的边缘方向延伸而形成的一对翼部20b，如此地第二电极层20由主体部20a和一对翼部20b构成，因此可防止因引线键合时的应力而引发的第二电极层20的剥落(peeling)现象。
[0114]在形成第二电极20后，在顶层16上的部分区域形成肖特基层17，从而使肖特基层17下的顶层16沿着肖特基层17的边缘部分地向其外围暴露。
[0115]这里，肖特基层17可由例如IT0、AT0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成，
特别是在肖特基层17由紫外线光透过率优越的ITO构成的情况下，具有提高光透过率和肖特基特性及光检测元件的反应度的效果。
[0116]此外，考虑到紫外线光透过率及肖特基特性，肖特基层17的厚度优选为IOnm以下。
[0117]肖特基固定层18形成于肖特基层17上，且该肖特基固定层18覆盖沿着肖特基层17的边缘向其外围暴露的顶层16的一部分。S卩，肖特基固定层18通过同时接触肖特基层17和顶层16的一部分将肖特基层17固定在顶层16上，据此防止因引线键合时产生的应力而引发的的肖特基层17的剥落(peeling)现象，因此具有使光检测元件I的可靠性及收率得到提高的效果。
[0118]此时，肖特基固定层18由例如ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
[0119]在肖特基固定层18上的一部分区域上形成第一电极层19。此时，第一电极层19主要使用例如Ni/Au。
[0120]此外，由于在肖特基固定层18上形成第一电极层19的区域不透光，因此不能起肖特基层17的作用，因此第一电极层19优选为用于引线键合的最小面积形成，并且根据本发明的实施例的第一电极层19邻接肖特基固定层18的角落部而形成，以使该第一电极层19与第二电极层20在对角线方向相对。
[0121]第二实施例
[0122]图4是根据本发明第二实施例的光检测元件的剖面图，并且图5是根据本发明第二实施例的光检测元件的能带示图。
[0123]根据本发明第二实施例的光检测元件2与上述的第一实施例在构成上基本相同，只是区别在于在光吸收层14和顶层16之间形成第二带隙变化层15。
[0124]因此，对于与上述第一实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0125]根据本发明的第二实施例，在光吸收层14和顶层16之间形成第二带隙变化层15。
[0126]此时，第二带隙变化层15通过防止因顶层16和光吸收层14之间的突变的能带隙而产生带讲(band well),从而使电流容易流动，并减少结晶缺陷来实现改善顶层16的结晶特性的效果。
[0127]第二带隙变化层15在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长，并且根据Al源的含量的变化生长为能带隙互不相同的多个层。
[0128]S卩，第二带隙变化层15由每层的Al含量互不相同的多层构成，并且可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成,也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0129]对于图4和图5所示的根据本发明第二实施例的光检测元件2，示出了由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而形成第二带隙变化层15的示例。
[0130]此时，如果第二带隙变化层15的厚度过厚，则包括在由肖特基形成的耗尽层(depletion layer)内部而影响独立的光吸收层，因此第二带隙变化层15的厚度优选为是薄的。更优选为，使第二带隙变化层15的整体厚度为20nm以下。
[0131]此外，虽然构成第二带隙变化层15的多个层的厚度优选为均是相同的厚度，但也可以具有互不相同的厚度，并且各层的厚度和层数可根据需要适当地选择。
[0132]根据本发明的第二实施例，如图5所示，由P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成的顶层16的能带隙低于由AlxGahN (0<x<0.7)层构成的光吸收层14的能带隙，并且构成为第二带隙变化层15中越是邻近光吸收层14的层的能带隙就越高，越是邻近顶层16的层的能带隙就越低。
[0133]S卩，第二带隙变化层15的各层的能带隙构成为随着从邻近光吸收层14的下层到邻近顶层16的上层而变低，为此，将构成第二带隙变化层15的多个AlGaN层构成为上层的Al含量低于下层的Al含量。
[0134]第三实施例
[0135]图6是根据本发明第三实施例的光检测元件的剖面图，并且图7是根据本发明第三实施例的光检测元件的能带示图。
[0136]根据本发明第三实施例的光检测元件3与上述的第二实施例在构成上基本相同，只是区别在于第一带隙变化层131和第二带隙变化层151由AlGaN/GaN构成。
[0137]因此，对于与上述第二实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0138]根据本发明的第三实施例，Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成第一带隙变化层131和第二带隙变化层151。即，第一带隙变化层131和第二带隙变化层151是AlGaN层和GaN层交替层积的形态。
[0139]此时，连同GaN层构成第一带隙变化层131的多个AlGaN层构成为Al含量随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层14的上层而变高。
[0140]并且，连同GaN层构成第二带隙变化层151的多个AlGaN层构成为Al含量随着从邻近光吸收层14的下层到邻近顶层16的上层而变低。
[0141]第四实施例
[0142]图8是根据本发明第四实施例的光检测元件的剖面图，并且图9是根据本发明第四实施例的光检测元件的能带示图。
[0143]根据本发明第四实施例的光检测元件4与上述的第一实施例在构成上基本相同，只是区别在于光吸收层141由InyGai_yN (0<x<0.5)层构成并且光吸收层141的能带隙低于高温GaN层12b和顶层16的能带隙。
[0144]此外，区别还在于，第一带隙变化层132由InGaN层构成，并且构成为第一带隙变化层132中越是邻近高温GaN层12b的层的能带隙就越高，越是邻近光吸收层141的能带隙就越低。[0145]以下，对于与上述第一实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明第一实施例与第四实施例之间的差异。
[0146]对于根据本发明第四实施例的光检测元件4，光吸收层141由Ιη#&1ιΝ(0〈Χ〈0.5)层构成，并且第一带隙变化层132由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0147]此时，光吸收层141的能带隙低于高温GaN层12b的能带隙，并且构成第一带隙变化层132的多个InGaN层构成为相邻光吸收层141的上层的In含量高于相邻高温GaN层12b的下层的In含量。
[0148]第五实施例
[0149]图10是根据本发明第五实施例的光检测元件的剖面图，并且图11是根据本发明第五实施例的光检测元件的能带示图。
[0150]根据本发明第五实施例的光检测元件5与上述的第四实施例在构成上基本相同，只是区别在于在光吸收层141和顶层16之间形成第二带隙变化层152。
[0151]因此，对于与上述第四实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0152]根据本发明的第五实施例，在光吸收层141和顶层16之间形成包括多个InGaN层的第二带隙变化层152。
[0153]此时，第二带隙变化层152通过防止因顶层16和光吸收层141之间的突变的能带隙而产生带井，从而使电流容易流动，并减少结晶缺陷来实现改善顶层16的结晶特性的效果O
[0154]第二带隙变化层152在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长，并且根据Al源的含量变化生长为能带隙互不相同的多个层，对于图10和图11中所示的根据第五实施例的光检测元件5，示出了层积In含量互不相同的多个InGaN层而形成第二带隙变化层152的示例。
[0155]此时，根据本发明的第五实施例，如图11所示，由p-1nzGai_zN (0〈ζ〈1)层构成的顶层16的能带隙高于由InyGahyN(0〈x〈0.5)层构成的光吸收层141的能带隙。
[0156]因此，第二带隙变化层152的每个层的能带隙构成为从邻近光吸收层141的下层到邻近顶层16的上层而变高，为此，使构成第二带隙变化层152的多个InGaN层构成为下层的In含量低于上层的In含量。
[0157]第六实施例
[0158]图12是根据本发明第六实施例的光检测元件的剖面图，并且图13是根据本发明第六实施例的光检测元件的能带示图。
[0159]根据本发明第三实施例的光检测元件6与上述的第五实施例在构成上基本相同，只是区别在于第一带隙变化层133和第二带隙变化层153由InGaN/GaN构成。
[0160]因此，对于与上述第五实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0161]根据本发明的第六实施例，In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成第一带隙变化层133和第二带隙变化层153。即，第一带隙变化层131和第二带隙变化层153是AlGaN层和GaN层交替层积的形态。
[0162]此时，连同GaN层构成第一带隙变化层133的多个InGaN层构成为In含量随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层141的上层而变高。
[0163] 此外，连同GaN层构成第二带隙变化层153的多个InGaN层构成为In含量随着从邻近光吸收层141的下层到邻近顶层16的上层而变低。
【权利要求】
1.一种光检测元件，所述光检测元件包括: 基板； 缓冲层，形成于所述基板上； 第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域； 光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上； 肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及 第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
2.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括形成于所述光吸收层上的顶层，并且所述肖特基层形成于所述顶层上的部分区域。
3.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括肖特基固定层，形成于所述肖特基层上，并沿着所述肖特基层的边缘覆盖所述肖特基层的一部分。
4.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括第二电极层，与所述第一带隙变化层相隔而形成于所述缓冲层上，并与所述缓冲层欧姆接合。
5.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述基板为蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板、AlN基板、Si基板中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述缓冲层包括:形成于基板上的低温GaN层和形成于所述低温GaN层上的高温GaN层。
7.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
8.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
9.根据权利要求7或8所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层的能带隙高于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的Al含量随着接近上层而增加。
10.根据权利要求9所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层由AlxGahN(0〈χ〈0.7)层构成。
11.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
12.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
13.根据权利要求11或12所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层的能带隙低于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的In含量随着接近上层而增加。
14.根据权利要求13所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层由InyGai_yN(0〈y〈0.5)层构成。
15.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括第二带隙变化层，形成于所述光吸收层和所述顶层之间。
16.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
17.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
18.根据权利要求16或17所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层的能带隙低于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的Al含量随着接近上层而减少。
19.根据权利要求18所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGa1^zN (0〈z〈1)层构成，并且所述光吸收层由AlxGa^N (0〈x〈0.7)层构成。
20.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
21.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
22.根据权利要求20或21所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层的能带隙高于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的In含量随着接近上层而减少。
23.根据权利要求22所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGa1^zN (0〈z〈1)层构成,并且所述光吸收层由InyGahyN (0〈χ〈0.5)层构成。
24.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层以大于Onm且50nm以下的厚度形成。
25.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层以0.1 μπι~0.5 μ m厚度形成。
26.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层以大于Onm且20nm以下的厚度形成。
27.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层以大于Onm且IOnm以下的厚度形成。
28.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述肖特基层由ITO、ATO、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
29.根据权利要求3所述的光检测元件，其特征在于，所述肖特基固定层由ITO、ATO、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
【文档编号】H01L31/0352GK103915517SQ201310733975
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】朴起延, 金华睦, 孙暎丸, 徐大雄 申请人:首尔伟傲世有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化而引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。本发明的实施例提供一种光检测元件，所述光检测元件包括：基板；缓冲层，形成于所述基板上；第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域；光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上；肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
【专利说明】光检测元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光检测元件，更详细地讲，涉及一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。
【背景技术】
[0002]紫外线是将太阳光的光谱拍摄成照片时出现在可视光线的短波长的外侧的不可见光，在1801年由德国的化学家J.W.里特首次发现了该紫外线。
[0003]这里，紫外线是由约397?IOnm波长形成的宽的范围内的电磁波的总称，波长极短的紫外线与X线几乎没有区别。此外，由于紫外线的化学作用强大，因此与红外线称为热线对应地被称为化学线。
[0004]波长为400nm以下的紫外线根据波长而划分为几个波段，UV-A波段为320nm?400nm，太阳光中到达地表面的98%以上属于该波段，其对人体皮肤黑化现象或皮肤老化产生影响。UV-B波段为280nm?320nm，太阳光中只有约2%到达地表面，对人体产生皮肤癌或白内障、红斑等非常严重的影响。虽然大部分UV-B被臭氧层所吸收，但是由于最近臭氧层的破坏而使到达地表面的UV-B量及区域增加，因此成为严重的环境问题。UV-C波段为200nm?280nm，来自太阳光的部分全部被吸收到大气中而几乎无法到达地表面。该波段广泛利用于杀菌作用。在定量化这种紫外线对人体的影响中最具代表性的是由UV-B入射量来定义的紫外线指数(UV index)。
[0005]可感测紫外线的元件包括光电增倍管(PMT, PhotoMultiplier Tube)或半导体元件，但由于半导体元件与PMT相比价格便宜且尺寸小，从而最近在大部分情况下多使用半导体元件。在半导体元件中广泛利用能带隙适用于紫外线感测的GaN (氮化镓)、SiC (碳化硅)等。
[0006]其中特别是对于基于GaN的元件的情况，主要使用肖特基(schottky)结形态和金属-半导体-金属(MSM, Metal-Semi conductor-Metal)形态以及PIN形态的元件,特别是由于肖特基结形态的元件的制造过程简单从而成为是优选的。
[0007]这里，肖特基结形态的元件在异质基板上依次层积缓冲层、光吸收层、肖特基结层，并且第一电极在缓冲层或光吸收层上形成，而第二电极在肖特基结层上形成。
[0008]此时，缓冲层可由GaN层形成，光吸收层可由AlGaN层形成，然而由于GaN层和AlGaN层之间的晶格失配和热膨胀系数的差异，因此在AlGaN层的Al含量为15%以上且厚度为0.1 μ m以上的情况下，在AlGaN层产生裂缝而使收率降低。
[0009]为解决上述问题，可在GaN缓冲层和AlGaN光吸收层之间使用AlN缓冲层，但在这样使用AlN缓冲层的情况下，由于AlN层的高能带隙和绝缘特性而存在使光检测反应度降低的问题。
[0010]此外，作为光吸收层来使用AlGaN层时，由于在Al含量为15%以上时的高阻抗，很难直接在AlGaN层形成欧姆接合，而且由于肖特基结势垒大而存在无法获得均匀的肖特基结特性的问题。
[0011]并且，为防止裂缝而将光吸收层的厚度设为0.1 μ m以下时，由于光吸收层的薄厚度而存在降低光吸收效率、降低其反应度的问题。
【发明内容】
[0012]技术问题
[0013]本发明是为了解决包括如上所述的问题而提出的，本发明实施例目的在于提供一种通过应用能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象的光检测元件。
[0014]此 外，本发明实施例的其他目的在于，提供一种特别是为提高欲要检测的光的透过率而在肖特基层使用氧化铟锡(ΙΤ0)等的光检测元件。
[0015]此外，本发明实施例的其他目的在于，提供一种为提高肖特基层的肖特基特性而在肖特基层底面插入由掺杂有Mg的P-1nzGahN (0〈ζ〈1)构成的顶层的光检测元件。
[0016]并且，本发明实施例的其他目的在于，提供一种为了防止因引线键合时的应力而引发的肖特基层的剥落(peeling)，通过肖特基固定层使肖特基层的一部分和顶层的一部分同时接触固定的光检测元件。
[0017]技术方案
[0018]根据本发明的优选的实施例，提供了一种光检测元件，所述光检测元件包括:基板；缓冲层，形成于所述基板上；第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域；光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上；肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
[0019]这里，还包括形成于所述光吸收层上的顶层，并且所述肖特基层形成于所述顶层上的部分区域。
[0020]此外，还包括肖特基固定层，形成于所述肖特基层上，并沿着所述肖特基层的边缘覆盖所述肖特基层的一部分。
[0021]并且，还包括第二电极层，与所述第一带隙变化层相隔而形成于所述缓冲层上，并与所述缓冲层欧姆接合。
[0022]此时，所述基板优选为蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板、AlN基板、Si基板中的任
意一种。
[0023]此外，所述缓冲层包括形成于基板上的低温GaN层和形成于所述低温GaN层上的闻温GaN层。
[0024]此时，所述第一带隙变化层可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
[0025]并且，所述第一带隙变化层也可以由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0026]此时，所述光吸收层的能带隙高于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的Al含量随着接近上层而增加。
[0027]此时，所述光吸收层由AlxGa^N (0〈χ〈0.7)层构成。
[0028]此外，所述第一带隙变化层可由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0029]此外，所述第一带隙变化层也可以由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0030]此时，所述光吸收层的能带隙低于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的In含量随着接近上层而增加。
[0031]此时，所述光吸收层由InyGa^yN (0<y<0.5)层构成。
[0032]并且，还可以包括第二带隙变化层，形成于所述光吸收层和所述顶层之间。
[0033]此时，所述第二带隙变化层可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
[0034]并且，所述第二带隙变化层也可以由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0035]此时，所述顶层的能带隙低于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的Al含量随着接近上层而减少。
[0036]此时，所述顶层由掺杂Mg的P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成，并且所述光吸收层由AlxGaJ (0〈x〈0.7)层构成。[0037]此外，所述第二带隙变化层可由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0038]此外，所述第二带隙变化层也可以由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0039]此时，所述顶层的能带隙高于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的In含量随着接近上层而减少。
[0040]此时，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGapzN (0〈ζ〈1)层构成，并且所述光吸收层由InyGa1^yN (0〈χ〈0.5)层构成。
[0041]此外，所述第一带隙变化层优选为以大于Onm且50nm以下的厚度形成。
[0042]此外,所述光吸收层优选为以0.Ιμπι~0.5μηι厚度形成。
[0043]此外，所述第二带隙变化层以大于Onm且20nm以下的厚度形成。
[0044]此外,所述顶层优选为以大于Onm且IOnm以下的厚度形成。
[0045]此外，所述肖特基层优选为由ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
[0046]并且，所述肖特基固定层优选为由ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一
种构成。
[0047]有益效果
[0048]根据本发明的实施例的光检测元件，通过在缓冲层和光吸收层之间形成能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于缓冲层和光吸收层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象，并提高光吸收层的结晶特性，从而具有提高光检测元件的可靠性的效果。
[0049]此外，通过在光吸收层和顶层之间形成能带隙互不相同的多层带隙变化层来改善由于光吸收层和顶层的急剧的能带隙变化引起的阻止电流流动的现象，并提高顶层的结晶特性，从而实现提高光检测元件的可靠性的效果。
[0050]此外，通过将与现有的Ni相比光透过率优越的ITO等应用于肖特基层，具有提高光检测元件的反应度的效果。
[0051]此外，通过在肖特基层的底面形成P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)顶层，使容易实现肖特基层与顶层的肖特基结的形成，并通过肖特基固定层使肖特基层和顶层的一部分同时接触固定，从而可通过克服由引线键合而引起的应力来防止肖特基层的剥落(peeling)现象，并由此具有提高光检测元件的生产收率的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]图1是根据本发明第一实施例的光检测元件的剖面图；
[0053]图2是根据本发明第一实施例的光检测元件的俯视图；
[0054]图3是根据本发明第一实施例的光检测元件的能带示图；
[0055]图4是根据本发明第二实施例的光检测元件的剖面图；
[0056]图5是根据本发明第二实施例的光检测元件的能带示图；
[0057]图6是根据本发明第三实施例的光检测元件的剖面图；
[0058]图7是根据本发明第三实施例的光检测元件的能带示图；
[0059]图8是根据本发明第四实施例的光检测元件的剖面图；
[0060]图9是根据本发明第四实施例的光检测元件的能带示图；
[0061]图10是根据本发明第五实施例的光检测元件的剖面图；
[0062]图11是根据本发明第五实施例的光检测元件的能带示图；
[0063]图12是根据本发明第六实施例的光检测元件的剖面图；
[0064]图13是根据本发明第六实施例的光检测元件的能带示图。
[0065]符号说明:
[0066]1、2、3、4、5、6:光检测兀件
[0067]11:基板
[0068]12:缓冲层
[0069]12a:低温 GaN 层
[0070]12b:高温 GaN 层
[0071]13、131、132、133:第一带隙变化层
[0072]14、141:光吸收层
[0073]15、151、152、153:第二带隙变化层
[0074]16:顶层
[0075]17:肖特基层
[0076]18:肖特基固定层
[0077]19:第一电极层
[0078]20:第二电极层
[0079]20a:主体部
[0080]20b:翼部
【具体实施方式】
[0081]以下，参照【专利附图】
【附图说明】根据本发明实施例的光检测元件的优选实施例。为了清楚和方便说明，在此过程中图中所示的线宽或构件的尺寸有可能被夸大示出。
[0082]此外，以下用语是考虑本发明中的功能而定义的用语，因此可根据用户或运用者的意图而变化。因此，这些用语应基于本说明书的整体内容来定义。
[0083]例如，当在本说明书中提到一个层在另一层或基板“上”时，指的是该层直接在另一层或基板上形成或在其之间夹有第三层。此外，在本说明书中上侧、上(部)和上侧表面等方向性的用词可理解为下侧、下(部)、下侧面等含义。即，关于空间上的方向的用词应理解为相对的方向，而不应限制性地理解为绝对的方向。
[0084]此外，以下实施例不应被视为限定本发明的权利范围，其只是在本发明权利要求书中所提到的构成要素的示例性事项，而且包含于本发明整个说明书中的技术构思以及包含作为权利要求书的构成要素的等同物而可替换的构成要素的实施例可包括在本发明的权利范围内。
[0085]并且，虽然以下实施例特别描述有关紫外线光的检测，但除此之外也可利用于其他波长区域的光检测。
[0086]第一实施例
[0087]图1是根据本发明第一实施例的光检测元件的剖面图，图2是根据本发明第一实施例的光检测元件的俯视图，图3是根据本发明第一实施例的光检测元件的能带示图。
[0088]如图1所示，根据本发明第一实施例的光检测元件I在基板11上形成缓冲层12，在缓冲层12上的部分区域形成第一带隙变化层13，在第一带隙变化层13上形成光吸收层14，并在光吸收层14上形成顶层16。
[0089]此外，在顶层16上的部分区域形成肖特基层17，并在肖特基层17上形成肖特基固定层18。此时，如图1和图2所示，肖特基固定层18以比肖特基层17的更宽的宽度形成，从而可沿着肖特基层17边缘覆盖向肖特基层17外围暴露的顶层16的一部分。
[0090]此外，在肖特基固定层18上的部分区域形成第一电极层19，并且在缓冲层12上与第一带隙变化层13相隔而形成第二电极层20。
[0091]这里,作为基板11可使用蓝宝石(sapphire)、AIN、SiC、GaN> Si等,缓冲层12包括形成在基板11上的低温GaN层12a和形成在低温GaN层12a上的高温GaN层12b。
[0092]首先，将基板11定位在有机金属化学气相沉积(MOCVD)装置反应管的基座上，并将反应管内部的压力降低到IOOtorr以下以清除不纯气体。
[0093]然后，将反应管内部的压力维持在IOOtorr并将温度增加到1100°C以热清洗异质基板11的表面之后，将温度降至550°C并流通Ga源(source)和氨(NH3)气使低温GaN层12a生长，此时反应管的整体气流由氢(H2)气而决定。
[0094]此外，为了确保在低温GaN层12a上生长的高温GaN层12b的结晶性和光学及电学特性，低温GaN层12a优选为至少以25nm以上的厚度形成。
[0095]在低温GaN层12a生长后，将基座的温度增加到1000°C?1100°C (优选为增加到1050°C)而使高温GaN层12b生长。此时，如果温度未达到1000°C，则使光学、电学和结晶学特性下降，而如果温度超过1000°C，则使表面粗糙度增加且使结晶性下降。
[0096]高温GaN层12b的厚度优选为约2 μ m,虽然在不做参杂时高温GaN层12b也显示n-type特性,但是为了 n_type效果也可以掺杂Si。
[0097]光吸收层14生长在高温GaN层12b上，为将光吸收层14用作紫外线B波段检测吸收层，通常光吸收层14应具有15%以上的铝(Al)含量和0.1ym以上的厚度。
[0098]然而，在上述条件下生长时，由于光吸收层14和高温GaN层12b之间的晶格失配和热膨胀系数的差异而产生裂缝，由此导致发生特性和收率降低的问题。
[0099]因此，使约1050°C的高温AlN缓冲层形成在高温GaN层12b和光吸收层14之间，但是在如此地使用高温AlN缓冲层时，虽然可以抑制裂缝的生产，但由于AlN缓冲层的能带隙变大为约6eV而使AlN缓冲层几乎成为绝缘层，因此很难获得高品质的结晶性，并且由于绝缘特性而干扰微电流的流动。
[0100]为解决这种问题，在本发明的第一实施例中，在高温GaN层12b和光吸收层14之间形成第一带隙变化层13，此时，第一带隙变化层13在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长。
[0101]第一带隙变化层13由每个层的Al含量互不相同的多层构成，并且也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成,也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。对于图1至图3所示的根据本发明第一实施例的光检测元件1，示出了由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而形成第一带隙变化层13的示例。
[0102]此时，为了最小化由光吸收层14吸收的光能而导致的电流流动的减少，第一带隙变化层13的整体厚度优选为50nm以下，并且构成第一带隙变化层13的多个层的厚度优选为均是相同的厚度，但也可以具有互不相同的厚度，并且各层的厚度和层数可根据需要适当地选择。
[0103]在第一带隙变化层13生长后，将使由AlxGa^N (0<x<0.7)层构成的光吸收层14生长。通过在高温GaN层12b生长条件下供应Al源来形成AlGaN层并用作光吸收层14。
[0104]此时，光吸收层14生长为0.1 μ m~0.5 μ m厚度，但考虑到裂缝等影响，优选生长为0.2μπ?左右的厚度。
[0105]此外，光吸收层14的能带隙根据所要吸收的光的波长区域而不同，并且可通过适当地调整Al含量而选择性地生长出具有所期望的能带隙的光吸收层14。
[0106]根据本发明的第一实施例，如图3所示，由AlxGahN (0<χ<0.7)层构成的光吸收层14的能带隙高于高温GaN层12b的能带隙，并且构成为第一带隙变化层13中越是邻近高温GaN层12b的层的能带隙就越低，越是邻近光吸收层14的能带隙就越高。
[0107]即，第一带隙变化层13的各层的能带隙构成为随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层14的上层而变高，为此，将构成第一带隙变化层13的多个AlGaN层构成为上层的Al含量高于下层的Al含量。
[0108]光吸收层14生长后，在光吸收层14上使由掺杂有Mg的P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成的顶层16生长，这是为了容易实现肖特基层17的肖特基结。
[0109]此时，顶层16的厚度优选为IOnm以下，如果顶层16的厚度太厚，则可发生同时体现PN特点和肖特基特性的现象。此外，在霍尔(Hall)测量时顶层16的Mg掺杂浓度低于5 X 107/cm3的程度即可。
[0110]此外，作为P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层的顶层16优选为在800°C左右下生长，这是由于即使供应同样的In源也存在In成分根据生长温度的不同而变得不同的倾向。并且，也可以将顶层16以p-GaN/InGaN的超晶格层生长。
[0111]顶层16生长后,通过干法刻蚀(dry etching)来刻蚀顶层16、光吸收层14和第一带隙变化层13，并在通过刻蚀暴露的高温GaN层12b上层积例如Cr/Ni/Au而形成第二电极层20。此时，第二电极层20和高温GaN层12b构成为具有欧姆特性，并且刻蚀时可以刻蚀至闻温GaN层12b的一部分。
[0112]此外，第二电极层20由Cr/Ni/Au构成时，虽然电极特点根据各自的厚度而不同，但是第二电极层20的整体厚度优选为400nm以上。
[0113]并且，第二电极层20包括在高温GaN层12b的角落部与第一带隙变化层13相隔而形成的主体部20a和从主体部20a沿着第一带隙变化层13的边缘方向延伸而形成的一对翼部20b，如此地第二电极层20由主体部20a和一对翼部20b构成，因此可防止因引线键合时的应力而引发的第二电极层20的剥落(peeling)现象。
[0114]在形成第二电极20后，在顶层16上的部分区域形成肖特基层17，从而使肖特基层17下的顶层16沿着肖特基层17的边缘部分地向其外围暴露。
[0115]这里，肖特基层17可由例如IT0、AT0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成，
特别是在肖特基层17由紫外线光透过率优越的ITO构成的情况下，具有提高光透过率和肖特基特性及光检测元件的反应度的效果。
[0116]此外，考虑到紫外线光透过率及肖特基特性，肖特基层17的厚度优选为IOnm以下。
[0117]肖特基固定层18形成于肖特基层17上，且该肖特基固定层18覆盖沿着肖特基层17的边缘向其外围暴露的顶层16的一部分。S卩，肖特基固定层18通过同时接触肖特基层17和顶层16的一部分将肖特基层17固定在顶层16上，据此防止因引线键合时产生的应力而引发的的肖特基层17的剥落(peeling)现象，因此具有使光检测元件I的可靠性及收率得到提高的效果。
[0118]此时，肖特基固定层18由例如ΙΤΟ、ΑΤ0、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
[0119]在肖特基固定层18上的一部分区域上形成第一电极层19。此时，第一电极层19主要使用例如Ni/Au。
[0120]此外，由于在肖特基固定层18上形成第一电极层19的区域不透光，因此不能起肖特基层17的作用，因此第一电极层19优选为用于引线键合的最小面积形成，并且根据本发明的实施例的第一电极层19邻接肖特基固定层18的角落部而形成，以使该第一电极层19与第二电极层20在对角线方向相对。
[0121]第二实施例
[0122]图4是根据本发明第二实施例的光检测元件的剖面图，并且图5是根据本发明第二实施例的光检测元件的能带示图。
[0123]根据本发明第二实施例的光检测元件2与上述的第一实施例在构成上基本相同，只是区别在于在光吸收层14和顶层16之间形成第二带隙变化层15。
[0124]因此，对于与上述第一实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0125]根据本发明的第二实施例，在光吸收层14和顶层16之间形成第二带隙变化层15。
[0126]此时，第二带隙变化层15通过防止因顶层16和光吸收层14之间的突变的能带隙而产生带讲(band well),从而使电流容易流动，并减少结晶缺陷来实现改善顶层16的结晶特性的效果。
[0127]第二带隙变化层15在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长，并且根据Al源的含量的变化生长为能带隙互不相同的多个层。
[0128]S卩，第二带隙变化层15由每层的Al含量互不相同的多层构成，并且可由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成,也可由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
[0129]对于图4和图5所示的根据本发明第二实施例的光检测元件2，示出了由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而形成第二带隙变化层15的示例。
[0130]此时，如果第二带隙变化层15的厚度过厚，则包括在由肖特基形成的耗尽层(depletion layer)内部而影响独立的光吸收层，因此第二带隙变化层15的厚度优选为是薄的。更优选为，使第二带隙变化层15的整体厚度为20nm以下。
[0131]此外，虽然构成第二带隙变化层15的多个层的厚度优选为均是相同的厚度，但也可以具有互不相同的厚度，并且各层的厚度和层数可根据需要适当地选择。
[0132]根据本发明的第二实施例，如图5所示，由P-1nzGa1=N (0〈ζ〈1)层构成的顶层16的能带隙低于由AlxGahN (0<x<0.7)层构成的光吸收层14的能带隙，并且构成为第二带隙变化层15中越是邻近光吸收层14的层的能带隙就越高，越是邻近顶层16的层的能带隙就越低。
[0133]S卩，第二带隙变化层15的各层的能带隙构成为随着从邻近光吸收层14的下层到邻近顶层16的上层而变低，为此，将构成第二带隙变化层15的多个AlGaN层构成为上层的Al含量低于下层的Al含量。
[0134]第三实施例
[0135]图6是根据本发明第三实施例的光检测元件的剖面图，并且图7是根据本发明第三实施例的光检测元件的能带示图。
[0136]根据本发明第三实施例的光检测元件3与上述的第二实施例在构成上基本相同，只是区别在于第一带隙变化层131和第二带隙变化层151由AlGaN/GaN构成。
[0137]因此，对于与上述第二实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0138]根据本发明的第三实施例，Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成第一带隙变化层131和第二带隙变化层151。即，第一带隙变化层131和第二带隙变化层151是AlGaN层和GaN层交替层积的形态。
[0139]此时，连同GaN层构成第一带隙变化层131的多个AlGaN层构成为Al含量随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层14的上层而变高。
[0140]并且，连同GaN层构成第二带隙变化层151的多个AlGaN层构成为Al含量随着从邻近光吸收层14的下层到邻近顶层16的上层而变低。
[0141]第四实施例
[0142]图8是根据本发明第四实施例的光检测元件的剖面图，并且图9是根据本发明第四实施例的光检测元件的能带示图。
[0143]根据本发明第四实施例的光检测元件4与上述的第一实施例在构成上基本相同，只是区别在于光吸收层141由InyGai_yN (0<x<0.5)层构成并且光吸收层141的能带隙低于高温GaN层12b和顶层16的能带隙。
[0144]此外，区别还在于，第一带隙变化层132由InGaN层构成，并且构成为第一带隙变化层132中越是邻近高温GaN层12b的层的能带隙就越高，越是邻近光吸收层141的能带隙就越低。[0145]以下，对于与上述第一实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明第一实施例与第四实施例之间的差异。
[0146]对于根据本发明第四实施例的光检测元件4，光吸收层141由Ιη#&1ιΝ(0〈Χ〈0.5)层构成，并且第一带隙变化层132由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
[0147]此时，光吸收层141的能带隙低于高温GaN层12b的能带隙，并且构成第一带隙变化层132的多个InGaN层构成为相邻光吸收层141的上层的In含量高于相邻高温GaN层12b的下层的In含量。
[0148]第五实施例
[0149]图10是根据本发明第五实施例的光检测元件的剖面图，并且图11是根据本发明第五实施例的光检测元件的能带示图。
[0150]根据本发明第五实施例的光检测元件5与上述的第四实施例在构成上基本相同，只是区别在于在光吸收层141和顶层16之间形成第二带隙变化层152。
[0151]因此，对于与上述第四实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0152]根据本发明的第五实施例，在光吸收层141和顶层16之间形成包括多个InGaN层的第二带隙变化层152。
[0153]此时，第二带隙变化层152通过防止因顶层16和光吸收层141之间的突变的能带隙而产生带井，从而使电流容易流动，并减少结晶缺陷来实现改善顶层16的结晶特性的效果O
[0154]第二带隙变化层152在与高温GaN层12b的生长条件相同的生长条件下生长，并且根据Al源的含量变化生长为能带隙互不相同的多个层，对于图10和图11中所示的根据第五实施例的光检测元件5，示出了层积In含量互不相同的多个InGaN层而形成第二带隙变化层152的示例。
[0155]此时，根据本发明的第五实施例，如图11所示，由p-1nzGai_zN (0〈ζ〈1)层构成的顶层16的能带隙高于由InyGahyN(0〈x〈0.5)层构成的光吸收层141的能带隙。
[0156]因此，第二带隙变化层152的每个层的能带隙构成为从邻近光吸收层141的下层到邻近顶层16的上层而变高，为此，使构成第二带隙变化层152的多个InGaN层构成为下层的In含量低于上层的In含量。
[0157]第六实施例
[0158]图12是根据本发明第六实施例的光检测元件的剖面图，并且图13是根据本发明第六实施例的光检测元件的能带示图。
[0159]根据本发明第三实施例的光检测元件6与上述的第五实施例在构成上基本相同，只是区别在于第一带隙变化层133和第二带隙变化层153由InGaN/GaN构成。
[0160]因此，对于与上述第五实施例相同的构成将使用相同的附图标记并省略重复的说明，以下，将重点说明其差异。
[0161]根据本发明的第六实施例，In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成第一带隙变化层133和第二带隙变化层153。即，第一带隙变化层131和第二带隙变化层153是AlGaN层和GaN层交替层积的形态。
[0162]此时，连同GaN层构成第一带隙变化层133的多个InGaN层构成为In含量随着从邻近高温GaN层12b的下层到邻近光吸收层141的上层而变高。
[0163] 此外，连同GaN层构成第二带隙变化层153的多个InGaN层构成为In含量随着从邻近光吸收层141的下层到邻近顶层16的上层而变低。
【权利要求】
1.一种光检测元件，所述光检测元件包括: 基板； 缓冲层，形成于所述基板上； 第一带隙变化层，形成于所述缓冲层上的部分区域； 光吸收层，形成于所述第一带隙变化层上； 肖特基层，形成于所述光吸收层上的部分区域；以及 第一电极层，形成于所述肖特基层上的部分区域。
2.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括形成于所述光吸收层上的顶层，并且所述肖特基层形成于所述顶层上的部分区域。
3.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括肖特基固定层，形成于所述肖特基层上，并沿着所述肖特基层的边缘覆盖所述肖特基层的一部分。
4.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括第二电极层，与所述第一带隙变化层相隔而形成于所述缓冲层上，并与所述缓冲层欧姆接合。
5.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述基板为蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板、AlN基板、Si基板中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述缓冲层包括:形成于基板上的低温GaN层和形成于所述低温GaN层上的高温GaN层。
7.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
8.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
9.根据权利要求7或8所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层的能带隙高于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的Al含量随着接近上层而增加。
10.根据权利要求9所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层由AlxGahN(0〈χ〈0.7)层构成。
11.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
12.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
13.根据权利要求11或12所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层的能带隙低于所述缓冲层的能带隙，并且所述第一带隙变化层的In含量随着接近上层而增加。
14.根据权利要求13所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层由InyGai_yN(0〈y〈0.5)层构成。
15.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述光检测元件还包括第二带隙变化层，形成于所述光吸收层和所述顶层之间。
16.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层层积而构成。
17.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由Al含量互不相同的多个AlGaN层和GaN层交替层积而构成。
18.根据权利要求16或17所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层的能带隙低于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的Al含量随着接近上层而减少。
19.根据权利要求18所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGa1^zN (0〈z〈1)层构成，并且所述光吸收层由AlxGa^N (0〈x〈0.7)层构成。
20.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层层积而构成。
21.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层由In含量互不相同的多个InGaN层和GaN层交替层积而构成。
22.根据权利要求20或21所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层的能带隙高于所述光吸收层的能带隙，并且所述第二带隙变化层的In含量随着接近上层而减少。
23.根据权利要求22所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层由掺杂有Mg的P-1nzGa1^zN (0〈z〈1)层构成,并且所述光吸收层由InyGahyN (0〈χ〈0.5)层构成。
24.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述第一带隙变化层以大于Onm且50nm以下的厚度形成。
25.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述光吸收层以0.1 μπι~0.5 μ m厚度形成。
26.根据权利要求15所述的光检测元件，其特征在于，所述第二带隙变化层以大于Onm且20nm以下的厚度形成。
27.根据权利要求2所述的光检测元件，其特征在于，所述顶层以大于Onm且IOnm以下的厚度形成。
28.根据权利要求1所述的光检测元件，其特征在于，所述肖特基层由ITO、ATO、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
29.根据权利要求3所述的光检测元件，其特征在于，所述肖特基固定层由ITO、ATO、Pt、W、T1、Pd、Ru、Cr、Au中的任何一种构成。
【文档编号】H01L31/0352GK103915517SQ201310733975
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】朴起延, 金华睦, 孙暎丸, 徐大雄 申请人:首尔伟傲世有限公司
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