本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种平面型algan(铝镓氮)紫外探测器阵列结构及其制作方法。
背景技术：
algan紫外焦平面阵列是一种新型紫外成像器件，是紫外成像探测系统的核心元器件。algan属于第三代半导体，为宽禁带直接半导体材料。algan中的al组分可调控，对应的响应波段在200nm～365nm之间可调节，易于实现本征可见光盲或日盲响应，在第三代半导体材料中最具发展潜力。利用algan材料制作的紫外探测器及其焦平面阵列量子效率高，为全固态器件，环境适应能力强，可广泛用于自由空间紫外通信、电晕检测、紫外辐射监测、医疗诊断等方面。
algan紫外焦平面由algan紫外探测器阵列通过金属凸点或通孔与cmos读出电路互连集成。algan紫外探测器阵列将入射的紫外光信号转换为电信号，电信号由读出电路按一定的时序关系输出，完成紫外成像探测。其中，algan紫外探测器阵列是光敏感元件(光电转换元件)。构成探测器阵列的像元需要进行电隔离，以避免像元间的信号混淆或串扰。现有algan紫外探测器阵列通过“沟槽”实现像元之间的电隔离。沟槽隔离为台面型器件，台面型器件的p-n结外露，需要用介质膜钝化保护，否则，器件的稳定性和可靠性将降低。台面钝化保护给器件介质膜工艺提出了较高要求，如果钝化效果不好，器件的漏电流将上升，盲元率增大，产品成品率降低，甚至导致器件失效。
技术实现要素：
本发明提供一种平面型algan紫外探测器阵列结构及其制作方法，以解决目前algan紫外探测器阵列的制作工艺要求较高、成品率较低的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种平面型algan紫外探测器阵列结构，包括由下至上依次设置的衬底、缓冲层、下接触层、吸收层、阻挡层和上接触层，在所述上接触层上设置有延伸至所述下接触层的离子注入区，在所离子注入区内注入he或b离子后形成电阻隔离区，所述电阻隔离区分隔形成的紫外线探测器像元阵列与所述电阻隔离区位于同一平面上；所述紫外探测器像元阵列的上表面设置有上电极，在所述上接触层上还设置有延伸至所述下接触层的沟槽，所述沟槽内形成有延伸至所述上接触层表面的下电极。
在一种可选的实现方式中，所述缓冲层为aln缓冲层，其厚度为0.5μm～1.0μm；所述下接触层为n+-alyga1-yn下接触层，其厚度为0.08μm～0.15μm，al组分y为0.0～0.7；所述吸收层为非掺杂i-alxga1-xn吸收层，其厚度为0.15μm～0.30μm，al组分x为0.0～0.53；所述阻挡层为p-alxga1-xn阻挡层，其厚度为0.01μm～0.05μm，al组分x为0.0～0.53；所述上接触层为p+-gan上接触层，其厚度为0.02μm～0.2μm，载流子浓度(1～2)e18cm-3，利用ⅲ-ⅴ族化合物半导体工艺制作所述上电极和下电极。
在另一种可选的实现方式中，所述电阻隔离区的宽度为0.5μm～3.0μm，深度0.2μm～0.5μm。
在另一种可选的实现方式中，所述上电极为p型电极，其ni/au厚度0.035μm/0.55μm，所述下电极为n型电极，其ti/al/au厚度0.015μm/0.050μm/0.55μm。
本发明还提供一种上述平面型algan紫外探测器阵列结构的制作方法，包括以下步骤：
在衬底上由下至上依次生成缓冲层、下接触层、吸收层、阻挡层和上接触层；
在所述上接触层上涂覆光刻胶，曝光显影，制成从所述上接触层延伸至所述下接触层的离子注入区；
向所述离子注入区内注入he或b离子，以形成电阻隔离区，并使所述电阻隔离区分隔形成的紫外探测器像元阵列，与所述电阻隔离区位于同一平面上；
制成从上接触层延伸至所述下接触层的沟槽；
在所述紫外探测器像元阵列的上表面制成上电极，在所述沟槽内形成有延伸至所述上接触层表面的下电极。
在一种可选的实现方式中，所述he或b离子的注入剂量设置为5.0e14cm-2，注入能量设置为110kev。
本发明的有益效果是：
本发明在上接触层上形成离子注入区后，并不是利用沟槽进行隔离，而是向离子注入区中注入he或b离子，形成电阻隔离区，使电阻隔离区以及由电阻隔离区分隔形成的紫外探测器像元阵列位于同一平面上，形成平面型algan紫外探测器阵列，这样可以省略台面型algan紫外探测器阵列制作中工艺要求较高的钝化步骤，从而可以降低工艺要求，提高互连集成的成品率。本发明通过将电阻隔离区从上接触层延伸至下接触层，可以降低器件表面的漏电流，保证各个探测器像元之间的电隔离效果和整个器件的可靠性。
附图说明
图1是本发明平面型algan紫外探测器阵列结构的一个实施例结构示意图；
图2是本发明平面型algan紫外探测器阵列结构制作方法的一个实施例流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，为本发明平面型algan紫外探测器阵列结构的一个实施例结构示意图。该平面型algan紫外探测器阵列结构可以包括由下至上依次设置的衬底1、缓冲层2、下接触层3、吸收层4、阻挡层5和上接触层6，在所述上接触层6上设置有延伸至所述下接触层3的离子注入区，在所述离子注入区内注入he(氦)或b(硼)离子后形成电阻隔离区7，在所述电阻隔离区7的分隔作用下，在所述上接触层上形成紫外探测器像元阵列10，所述电阻隔离区与所述紫外探测器像元阵列位于同一平面上；所述紫外探测器像元阵列10的上表面设置有上电极9，在所述上接触层6上还设置有延伸至所述下接触层3的沟槽，所述沟槽内形成有延伸至所述上接触层6表面的下电极8。本发明在上接触层上形成离子注入区后，并不是利用沟槽进行隔离，而是向沟槽中注入he或b离子，形成电阻隔离区，使电阻隔离区以及由电阻隔离区分隔形成的紫外探测器像元阵列位于同一平面上，形成平面型algan紫外探测器阵列，这样可以省略台面型algan紫外探测器阵列制作中工艺要求较高的钝化步骤，从而可以降低工艺要求，提高互连集成的成品率。本发明通过将电阻隔离区从上接触层延伸至下接触层，可以降低器件表面的漏电流，保证各个探测器像元之间的电隔离效果和整个器件的可靠性。
本实施例中，所述缓冲层为aln(铝氮)缓冲层，其厚度为0.5μm～1.0μm；所述下接触层为n+-alyga1-yn下接触层，其厚度为0.08μm～0.15μm，al组分y为0.0～0.7；所述吸收层为非掺杂i-alxga1-xn吸收层，其厚度为0.15μm～0.30μm，al组分x为0.0～0.53；所述阻挡层为p-alxga1-xn阻挡层，其厚度为0.01μm～0.05μm，al组分x为0.0～0.53；所述上接触层为p+-gan上接触层，其厚度为0.02μm～0.2μm，载流子浓度(1～2)e18cm-3。所述电阻隔离区的宽度为0.5μm～3.0μm，深度0.2μm～0.5μm。所述上电极为p型电极，其ni/au厚度0.035μm/0.55μm，所述下电极为n型电极，其ti/al/au厚度0.015μm/0.050μm/0.55μm。
参见图2，为本发明平面型algan紫外探测器阵列结构制作方法的一个实施例流程图。该平面型algan紫外探测器阵列结构制作方法可以包括以下步骤：
步骤s110、在衬底上由下至上依次生成缓冲层、下接触层、吸收层、阻挡层和上接触层。本实施例中，步骤s110具体包括以下步骤：
步骤s111、利用mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺在aln衬底上生长aln缓冲层。其中，通过mocvd设备自带软件编制外延材料生长程序recipe，将mocvd设备反应室温度设置在1320℃，气压设置在30mbar；白氨(nh3)流量设置为150sccm，al源(tmal)流量设置为17μmol./min.；生长aln缓冲层0.5μm。
步骤s112、在aln缓冲层生长n+-alyga1-yn下接触层。其中，反应室温度和气压设置保持不变；白氨(nh3)流量设置为780sccm，al源(tmal)流量设置为27μmol./min.，镓源(tmga)流量设置为22μmol./min.，硅烷(sih4)流量设置为6nmol./min；生长n+-alyga1-yn下接触层0.1μm。
步骤s113、在n+-alyga1-yn下接触层上生长非掺杂i-alxga1-xn吸收层。其中，反应室温度和气压设置保持不变；白氨(nh3)流量设置为690sccm，al源(tmal)流量设置为20.9μmol./min.，镓源(tmga)流量设置为22μmol./min.；生长非掺杂i-alxga1-xn吸收层0.23μm。
步骤s114、在非掺杂i-alxga1-xn吸收层上生长p-alxga1-xn阻挡层。其中，将反应室温度降低到1000℃，气压设置在30mbar；白氨(nh3)流量设置为690sccm，al源(tmal)流量设置为21.8μmol./min.，镓源(tmga)流量设置为22μmol./min.，二茂镁(cp2mg)流量设置为0.2μmol./min.；生长p-alxga1-xn阻挡层0.01μm。
步骤s115、在p-alxga1-xn阻挡层上生长p+-gan上接触层。其中，反应室温度保持不变，气压设置在200mbar；白氨(nh3)流量设置为1500sccm，镓源(tmga)流量设置为62μmol./min.，二茂镁(cp2mg)流量设置为0.15μmol./min.；生长p+-gan接触层0.1μm。至此，本发明完成了pin结构algan紫外探测器外延片的制备。
步骤s120、在所述上接触层上涂覆光刻胶，曝光显影，制成从所述上接触层延伸至所述下接触层的离子注入区。本实施例中，在外延片上光刻离子注入区。其中，用涂胶机在外延片上涂覆正性光刻胶；坚膜后利用设计的光刻板在曝光机上对位曝光；在烘箱内烘烤后用显影机显影，制作出离子注入区胶型，作为非离子注入区的阻挡层(选择性注入)。
步骤s130、向所述离子注入区内注入he或b离子，以形成电阻隔离区，并使所述电阻隔离区分隔形成的紫外探测器像元阵列，与所述电阻隔离区位于同一平面上。其中，利用中能离子注入机注入b+，注入剂量设置为5.0e14cm-2，注入能量设置为110kev。
步骤s140、制成从上接触层延伸至所述下接触层的沟槽。本实施例中，利用光刻工艺在探测器阵列外围四周形成下电极制作区胶型；利用icp刻蚀机，以ar/cl2作为腐蚀剂，刻蚀掉p-gan、p-alxga1-xn、i-alxga1-xn，形成下电极接触区。
步骤s150、在所述紫外探测器像元阵列的上表面制成上电极，在所述沟槽内形成有延伸至所述上接触层表面的下电极。本实施例中，分别曝光p型、n型电极剥离图形；利用电子束蒸发台依次蒸发厚度分别为0.035μm/0.55μm的ni/au或0.015μm/0.050μm/0.55μm的ti/al/au；剥离ni/au及ti/al/au分别形成p型、n型电极；在n2气氛720℃或620℃条件下快速退火90s或120s，实现欧姆接触。其中ni/au表示依次蒸发ni(镍)和au(金)元素，ti/al/au表示依次蒸发ti(钛)、al(铝)和au(金)。
由上述实施例可见，本发明在上接触层上形成离子注入区后，并不是利用离子注入区进行隔离，而是向离子注入区中注入he或b离子，形成电阻隔离区，使电阻隔离区以及由电阻隔离区分隔形成的紫外探测器像元阵列位于同一平面上，形成平面型algan紫外探测器阵列，这样可以省略台面型algan紫外探测器阵列制作中工艺要求较高的钝化步骤，从而可以降低工艺要求，提高互连集成的成品率。本发明通过将电阻隔离区从上接触层延伸至下接触层，可以降低器件表面的漏电流，保证各个探测器像元之间的电隔离效果和整个器件的可靠性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。