一種三臺(tái)面p-π-n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及探測(cè)器的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種三臺(tái)面p-π-n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器及其制備方法。一種三臺(tái)面p-π-n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其中，包括襯底，利用外延生長(zhǎng)法，如分子束外延或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延法，依次生長(zhǎng)在襯底上的緩沖層，n型摻雜氮化物歐姆電極接觸層，π型氮化物有源層，p型摻雜氮化物層，重?fù)诫sp型氮化物歐姆接觸層，制作在n型層上的n型歐姆接觸電極，制作于p型層上的p型歐姆接觸電極。本發(fā)明可改善傳統(tǒng)p-i-n結(jié)構(gòu)器件漏電流較大以及容易發(fā)生邊緣提前擊穿的問(wèn)題，而且三臺(tái)面結(jié)構(gòu)對(duì)p-π-n結(jié)構(gòu)器件的強(qiáng)弱電場(chǎng)區(qū)的邊緣電場(chǎng)實(shí)施了雙抑制保護(hù)，有效防止結(jié)邊緣電場(chǎng)的提前擊穿。
【專利說(shuō)明】—種三臺(tái)面P-π-n結(jié)構(gòu)I I I族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及探測(cè)器的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種三臺(tái)面P- π -η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，紫外探測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代光電信息探測(cè)領(lǐng)域中的地位越來(lái)越重要。目前，紫外探測(cè)器在火焰探測(cè)，環(huán)境監(jiān)控，太空光通信，導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)，量子通信等軍事或民用領(lǐng)域上都有著廣泛的應(yīng)用需求。以GaN基材料為代表的III族氮化物半導(dǎo)體(包括其二元化合物GaN、InN和A1N，三元化合物InGaN、AlGaN和AlInN以及四元化合物AlInGaN)具有禁帶寬度大、直接帶隙、電子遷移率高、擊穿電場(chǎng)高、電子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)較小、耐高溫、抗輻射性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高等一系列特點(diǎn)，因而非常適合于制作在高性能的半導(dǎo)體紫外光電探測(cè)器。相比于傳統(tǒng)的真空倍增管與硅探測(cè)器，GaN基紫外光電探測(cè)器具有體積小、工作電壓低、背景噪聲低、探測(cè)波長(zhǎng)范圍廣、可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光盲及日盲(波長(zhǎng)200-280 nm)探測(cè)、量子效率高、無(wú)需濾光片、耐高溫、耐腐蝕，抗輻照、重量輕、壽命長(zhǎng)、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前光電探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
[0003]光電探測(cè)器主要分為光電導(dǎo)型和光伏型，其中光伏型光電二極管又包括肖特基勢(shì)壘型、p-1-n結(jié)型和雪崩光電二極管(APD)等類型的器件?；趐-1-n結(jié)構(gòu)的雪崩光電二極管探測(cè)器是目前最具優(yōu)勢(shì)的GaN基紫外光電探測(cè)器，具有工藝簡(jiǎn)單，內(nèi)部增益大，響應(yīng)速度快，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是可實(shí)現(xiàn)微弱光信號(hào)探測(cè)的高性能紫外光電探測(cè)器。
[0004]但是，目前的GaN基p-1_n結(jié)構(gòu)雪崩光電探測(cè)器，在器件結(jié)構(gòu)上仍存在著一些問(wèn)題而有待改善。其中，器件邊緣易發(fā)生提前擊穿且器件漏電流(暗電流)過(guò)高是突出的問(wèn)題點(diǎn)。p-1-n結(jié)構(gòu)雪崩光電探測(cè)器在其p_i結(jié)界面與1-η結(jié)界面處中存在著強(qiáng)電場(chǎng)(其中p_i結(jié)處電場(chǎng)為強(qiáng)電場(chǎng)，i_n結(jié)處電場(chǎng)為弱電場(chǎng))，特別是器件邊緣由于刻蝕損傷等因素的表面態(tài)密度較高，因此在器件ρ-1結(jié)與1-η結(jié)的邊緣處極易因電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高而引發(fā)提前擊穿，同時(shí)也會(huì)因側(cè)壁的表面缺陷而導(dǎo)致漏電流增大等問(wèn)題。
[0005]傳統(tǒng)上，對(duì)于雪崩光電探測(cè)器的邊緣提前擊穿，一般是采用保護(hù)環(huán)和傾斜臺(tái)面結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行抑制。(參見(jiàn)文獻(xiàn):[l]Maoyou Sun, Kezhou Xie, and Yicheng Lu, “RobustPIN Photod1de With a Guard Ring Protect1n Structure，，IEEE Trans.ElectronDevices， vol.52 N0.6 June 2004 ； [2] Ariane L Beck, Bo Yang, Xiangyi Guojand Joy C.Campel 1，“Edge Breakdown in 4H_SiC Avalanche Photod1des，，IEEE J.Quantum Electron, vol.40，N0.3，pp.321-324，March 2004。)
所謂保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，是指制作于器件表面，利用不同材料或不同摻雜類型來(lái)對(duì)器件邊緣電場(chǎng)進(jìn)行改善，在反向偏壓的情況下，保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)可以增大邊緣耗盡層的曲率半徑，從而使得邊緣表面電場(chǎng)減弱，減少漏電溝道，同時(shí)利用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)改善器件表面金屬接觸的電場(chǎng)集邊效應(yīng)。但是，制作保護(hù)環(huán)的方法有明顯的缺點(diǎn)。要在器件邊緣生長(zhǎng)不同材料，需要釆用二次生長(zhǎng)工藝，該二次生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)引入對(duì)器件本身材料的污染；而在化合物半導(dǎo)體器件邊緣采用不同摻雜類型的方法，也有著制作難度大的缺點(diǎn)。
[0006]而所謂傾斜臺(tái)面結(jié)構(gòu)，主要是利用刻蝕的方法，在器件臺(tái)型側(cè)面制作出特定方向的斜臺(tái)結(jié)構(gòu)，使得探測(cè)器件高電場(chǎng)區(qū)在器件表面的面積較之器件內(nèi)部的截面積大，在相同的偏壓下，側(cè)面電場(chǎng)更小，以此避免邊緣電場(chǎng)聚集，減少暗電流。然而，由于化合物半導(dǎo)體的刻蝕技術(shù)對(duì)刻蝕取向不易操控(包括干法或濕法刻蝕)，使得制作傾斜臺(tái)型側(cè)壁的工藝難度較高。此外，為了有效降低邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度，需要盡量減小側(cè)壁的傾斜度，而這會(huì)使得器件整體的有效光接收面積占器件整體面積的比例大大減少。因此利用傾斜臺(tái)面結(jié)構(gòu)的方法存在著制作工藝難度大，降低器件填充因子的缺點(diǎn)。
[0007]為了克服斜臺(tái)結(jié)構(gòu)制作工藝難的問(wèn)題，有研究組提出了另一種解決器件邊緣提前擊穿的辦法一雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)文獻(xiàn):[3]Han-Din Liu, Xiaoguang Zheng, Qiugui Zhou,Xiaogang Bai,，’Double Mesa Sidewall Silicon Carbide Avalanche Photod1de，，IEEEJ.Quantum Electron, vol.45，N0.12, pp.1524-1528，December 2009)。所謂雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)(如圖1 )，主要是利用刻蝕的方法，在P-1-n結(jié)構(gòu)的p-1結(jié)邊緣制作垂直臺(tái)階結(jié)構(gòu)(圖l，Mesa2)，將器件的內(nèi)部電場(chǎng)局限在器件中心(臺(tái)階內(nèi)側(cè))，使p-1結(jié)耗盡區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)遠(yuǎn)離器件臺(tái)階邊緣，從而抑制器件結(jié)邊緣的提前擊穿。但是，由于P-1-n結(jié)構(gòu)中p-1結(jié)耗盡區(qū)的電場(chǎng)非常強(qiáng)(遠(yuǎn)強(qiáng)于1-η結(jié)耗盡區(qū)的內(nèi)部電場(chǎng))，為保證臺(tái)階結(jié)構(gòu)能有效抑制p-1結(jié)邊緣的電場(chǎng)強(qiáng)度，要求刻蝕的臺(tái)階(圖l，Mesa2)臺(tái)面足夠?qū)?，使p-1結(jié)耗盡區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)足夠遠(yuǎn)離器件臺(tái)階的邊緣。然而，在P-1結(jié)邊緣刻蝕較大的臺(tái)階寬度意味著器件表層P型摻雜氮化物層的光接收面積的減小，這將降低器件對(duì)光的探測(cè)能力。
[0008]傳統(tǒng)的雙臺(tái)面p-1-n結(jié)構(gòu)器件的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)(p-1結(jié)處)靠近器件上方的P型歐姆接觸金屬電極，P-1結(jié)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)中的場(chǎng)強(qiáng)較大，為保證臺(tái)階有效抑制邊緣電場(chǎng)，刻蝕的臺(tái)階(圖1，Mesa2)寬度必須進(jìn)一步增大，因此會(huì)較大地犧牲P型摻雜氮化物層的光接收面積。
[0009]因此，為了進(jìn)一步提高雪崩光電探測(cè)器器件的性能，需要發(fā)展一種較雙臺(tái)面雪崩光電探測(cè)器更為優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種三臺(tái)面P-π-n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器及其制備方法，目的在于進(jìn)一步改善傳統(tǒng)p-1-n結(jié)構(gòu)器件漏電流較大以及容易發(fā)生邊緣提前擊穿的問(wèn)題。
[0011]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種三臺(tái)面P-π-n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其中，包括襯底，利用外延生長(zhǎng)法，如分子束外延或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延法，依次生長(zhǎng)在襯底上的緩沖層，η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層，π型氮化物有源層，P型摻雜氮化物層，重?fù)诫sP型氮化物歐姆接觸層，制作在η型層上的η型歐姆接觸電極，制作于P型層上的P型歐姆接觸電極。
[0012]本發(fā)明提出的三臺(tái)面結(jié)構(gòu)P-π-η型III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器的主要特點(diǎn)是:(1)利用η型有源層代替P-1-n結(jié)構(gòu)中的i本征有源層，形成強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)下置的P- π -η結(jié)構(gòu)；(2)在ρ- π -η結(jié)構(gòu)中的η型摻雜氮化物層、π型有源層和P型摻雜氮化物層中分別刻蝕了一定深度和寬度的垂直臺(tái)階，形成三臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明提出的三臺(tái)面ρ-π-n器件結(jié)構(gòu)制作工藝簡(jiǎn)單，在保證器件光接收面積的同時(shí)，還在器件的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)(η-η結(jié))和弱電場(chǎng)區(qū)(ρ-π結(jié))都實(shí)施了邊緣電場(chǎng)抑制，即三臺(tái)面P- π -η器件結(jié)構(gòu)對(duì)器件邊緣電場(chǎng)擊穿實(shí)施了雙重抑制保護(hù)。
[0014]具體的，所述的η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層厚度為0.3-5 μ m，層中的電子濃度為 5 X 1017cm_3-l X 1019cm_3。
[0015]所述的π型氮化物有源層(即輕摻雜P型層)的厚度為0.1-1 μπι，層中空穴濃度為5X1015cm_3- lX1017cm_3;利用π型氮化物有源層的導(dǎo)電類型與上方P型摻雜氮化物層的導(dǎo)電類型相同來(lái)改變電場(chǎng)分布。
[0016]所述的P型摻雜氮化物層的厚度為10-450 nm，層中空穴濃度為3 X 117Cm 3_5 X 118Cm 3。
[0017]所述的重?fù)诫sP型氮化物歐姆接觸層的厚度為5-12 nm，層中受主摻雜濃度為lX1019cm_3-2X102Clcm_3。
[0018]在η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesal，其深度(自重?fù)诫sP型歐姆電極接觸層表面至臺(tái)面)為0.12-2.5 μπι。
[0019]在Ji型氮化物有源層刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesa2，其深度(自重?fù)诫sP型歐姆電極接觸層表面至臺(tái)面)為100-1460nm。
[0020]在P型摻雜氮化物層刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesa3，其深度為10_460nm。
[0021]本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種三臺(tái)面P- -η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟，
51.利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法在襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層、π型氮化物有源層、P型摻雜氮化物層、重?fù)诫sP型氮化物歐姆接觸層；
52.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作器件η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層的臺(tái)面Mesal ；
53.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作π型氮化物有源層的臺(tái)面Mesa2 ；
54.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作P型摻雜氮化物層的臺(tái)面 Mesa3 ；
55.臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，修復(fù)刻蝕的晶格損傷；
56.臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，器件熱退火，進(jìn)行P型摻雜氮化物層受主的活化，同時(shí)修復(fù)刻蝕引入的晶格損傷；
57.采用光刻圖形刻出η型歐姆接觸區(qū)域，利用電子束蒸發(fā)或?yàn)R射方法蒸鍍?chǔ)切徒饘?，利用快速退火在氮?dú)猸h(huán)境中合金形成η型歐姆接觸；
58.采用光刻圖形刻出P型歐姆接觸區(qū)域，利用電子蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法蒸鍍P型金屬,通過(guò)退火合金形成P型歐姆接觸。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:本發(fā)明的三臺(tái)面P-η-η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器有以下特點(diǎn):(1)采用η有源層取代傳統(tǒng)的P-1-n結(jié)構(gòu)器件的i型高阻絕緣層，器件強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的位置下移。(2)采用三臺(tái)面結(jié)構(gòu):除了傳統(tǒng)用于制作η型歐姆接觸電極的η型摻雜氮化物層臺(tái)面外，特別增加了 p-π結(jié)與π-n結(jié)邊緣臺(tái)面。三臺(tái)面結(jié)構(gòu)對(duì)P--η結(jié)構(gòu)器件的強(qiáng)弱電場(chǎng)區(qū)的邊緣電場(chǎng)實(shí)施了雙抑制保護(hù)，有效防止結(jié)邊緣電場(chǎng)的提前擊穿。
[0023]本發(fā)明提出的三臺(tái)面P-π-η器件結(jié)構(gòu)能改變器件內(nèi)部電場(chǎng)的空間分布，有效解決因器件的結(jié)邊緣電場(chǎng)過(guò)高所導(dǎo)致的器件反向提前擊穿問(wèn)題。利用三臺(tái)面結(jié)構(gòu)可將器件內(nèi)部電場(chǎng)限制在器件的中央?yún)^(qū)域，有效降低器件邊緣電場(chǎng)的強(qiáng)度。本發(fā)明采用P-η-η外延層結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的P-1-n結(jié)構(gòu)，將器件強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的位置下移，使之遠(yuǎn)離器件頂層的P型金屬?gòu)亩档蛷?qiáng)電場(chǎng)區(qū)臺(tái)階邊緣處的電場(chǎng)。此外，本發(fā)明提出在P-η-η器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上制作三臺(tái)面結(jié)構(gòu)，對(duì)器件的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)(η-η結(jié))及弱電場(chǎng)區(qū)(ρ-π結(jié))邊緣均實(shí)行臺(tái)階保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件結(jié)邊緣電場(chǎng)的雙抑制作用，有效降低了器件邊緣的電場(chǎng)和漏電流，從而實(shí)現(xiàn)具有低暗電流、高增益、高探測(cè)響應(yīng)度的氮化物紫外雪崩光電探測(cè)器的制備。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為傳統(tǒng)雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的p-1-n型雪崩光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的P-31-n型雪崩光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖；
圖3為本發(fā)明一種三臺(tái)面結(jié)構(gòu)的P- π -η型雪崩光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明制備流程示意圖一；
圖5為本發(fā)明制備流程示意圖二；
圖6為本發(fā)明制備流程示意圖三；
圖7為本發(fā)明制備流程示意圖四圖8為本發(fā)明制備流程示意圖五圖9為本發(fā)明制備流程示意圖六。

【具體實(shí)施方式】
[0025]附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制。
[0026]本發(fā)明提出的利用π有源層代替p-1-n結(jié)構(gòu)中的η型高阻層(S卩i型層)形成P--η結(jié)構(gòu)(如圖2)的方法，可有效地將器件中的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)位置下移(P-π -η結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)位于器件下方的η-η結(jié)耗盡區(qū)，而上方的ρ-π結(jié)耗盡區(qū)為弱電場(chǎng)區(qū))，使得強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的位置遠(yuǎn)離了上方P型歐姆接觸電極，因此在P- -η結(jié)構(gòu)中為抑制強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)邊緣電場(chǎng)所刻蝕的臺(tái)階寬度(圖2，Mesa2)可以小于p-1-n結(jié)構(gòu)中臺(tái)階寬度(圖1，Mesa2)，可以保證器件的P型氮化物摻雜層光吸收面積。同時(shí)，在P- η -η結(jié)構(gòu)器件的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)(π -η結(jié))與弱電場(chǎng)區(qū)(ρ-η結(jié))處均制作垂直臺(tái)階結(jié)構(gòu)(圖3)，臺(tái)階對(duì)器件內(nèi)部的水平方向電場(chǎng)分布進(jìn)行了調(diào)整，將器件內(nèi)部電場(chǎng)集中限制在P型氮化物摻雜層的正下方(即器件正中部區(qū)域)，而中部區(qū)域延伸至外圍臺(tái)階區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度則迅速衰減。本發(fā)明提出的三臺(tái)面P-η-η結(jié)構(gòu)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)位于弱電場(chǎng)區(qū)下方，因此弱電場(chǎng)區(qū)的臺(tái)階(圖3，Mesa3)與強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的臺(tái)階(圖3，Mesa2)的寬度共同限制了強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度，因此無(wú)需額外犧牲上層P型氮化物摻雜層的光接收面積。同時(shí)三臺(tái)階結(jié)構(gòu)對(duì)器件強(qiáng)弱電場(chǎng)區(qū)邊緣實(shí)施了雙重防擊穿保護(hù)，抑制了邊緣漏電通道，能有效抑制了器件在結(jié)邊緣的提前擊穿，提高器件表面耐高壓性能。
[0027]本實(shí)施例如圖3，圖中給出了一種三臺(tái)面ρ-π-n結(jié)構(gòu)雪崩光電探測(cè)器，包括:藍(lán)寶石襯底I及依次生長(zhǎng)在襯底至上的的低溫、高溫GaN緩沖層2，η型GaN層3，輕摻雜ρ型GaN層4，P型摻雜GaN層5，重?fù)诫sρ型氮化物歐姆電極接觸層6，以及制作于η型GaN上的η型歐姆接觸電極7，ρ型GaN的ρ型歐姆接觸電極8。
[0028]器件結(jié)構(gòu)上，自襯底和緩沖層而上，優(yōu)選地，所述的η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層3厚度為0.3-5 μ m，所述的η型摻雜濃度為5 X 117Cm^3-1 X 119CnT3 ;優(yōu)選地，所述的η有源層為輕摻雜P型層，厚度為0.1-1ym,所述的π型有源層中空穴濃度為I X 116CnT3-1 X 117CnT3 ;優(yōu)選地，所述的ρ型摻雜氮化物層，厚度為10-450 nm，層中空穴濃度為3X1017cm_3-5X1018cm_3 ;優(yōu)選地，所述的重?fù)诫sρ型氮化物歐姆接觸層，厚度為5_12nm，層中摻雜濃度為IX 1019cm_3-1 X 120Cm-3 ;優(yōu)選地，在ρ型摻雜氮化物層上的臺(tái)面深度(自重?fù)诫sP型歐姆電極接觸層表面至臺(tái)面)在10-460 nm;優(yōu)選地，在π型有源層上的臺(tái)面深度(自重?fù)诫sP型歐姆電極接觸層表面至臺(tái)面)在100 nm-1460 nm。優(yōu)選地，在η型摻雜層上的臺(tái)面深度(自重?fù)诫sP型歐姆電極接觸層表面至臺(tái)面)在0.12-2.5 μ m。
[0029]圖4至圖9為本發(fā)明一種三臺(tái)面結(jié)構(gòu)的ρ-π -n結(jié)構(gòu)GaN基雪崩光電探測(cè)器制備方法的制備流程示意圖，具體制備流程如下:
(I)材料生長(zhǎng)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法在藍(lán)寶石、SiC, GaN、AlN或者硅襯底I上依次生長(zhǎng)緩沖層2，η型GaN層3，輕摻雜ρ型GaN層(π型GaN層)4，ρ型摻雜GaN層5，重?fù)诫sρ型GaN歐姆電極接觸層6。
[0030](2)采用光刻技術(shù)制作掩模層，利用干法或者濕法刻蝕方法依次制作η型摻雜GaN層上的器件臺(tái)面(即Mesal)。
[0031](3)采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作π型摻雜層上的臺(tái)面(即 Mesa2)。
[0032](4)采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作ρ型摻雜GaN層上的臺(tái)面(即Mesa3)。
[0033](5)臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，修復(fù)刻蝕的晶格損傷。
[0034](6)臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，器件熱退火，進(jìn)行P型摻雜GaN層受主的活化，同時(shí)修復(fù)刻蝕引入的晶格損傷。
[0035](7)采用光刻圖形刻出η型歐姆接觸區(qū)域，利用電子束蒸發(fā)方法蒸鍍?chǔ)切徒饘賂i/Al/Ni/Au,在氮?dú)猸h(huán)境中合金形成η型歐姆接觸7。
[0036](8)采用光刻圖形刻出ρ型歐姆接觸區(qū)域，利用電子束蒸發(fā)方法蒸鍍P型金屬Ni/Au,在空氣環(huán)境中合金形成ρ型歐姆接觸8。
[0037]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三臺(tái)面ρ-π-η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于，包括襯底(I )，利用外延生長(zhǎng)法依次生長(zhǎng)在襯底(I)上的緩沖層(2)，η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層(3)，π型氮化物有源層(4)，P型摻雜氮化物層(5)，重?fù)诫sP型氮化物歐姆接觸層(6)，制作在η型層上的η型歐姆接觸電極(7)，制作于P型層上的P型歐姆接觸電極(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-π -η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:所述的η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層(3)厚度為0.3-5 μ m，層中的電子濃度為 5 X 117Cm 3_1 X 119Cm 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-η-η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:所述的型氮化物有源層(4)的厚度為0.1-1 ym，層中空穴濃度為5 X 115 cm-3-1XlO17cnT3;利用π型氮化物有源層(4)的導(dǎo)電類型與上方ρ型摻雜氮化物層(5)的導(dǎo)電類型相同來(lái)改變電場(chǎng)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-η-η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:所述的P型摻雜氮化物層(5)的厚度為10-450 nm，層中空穴濃度為3 X 117Cm 3_5 X 118Cm 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-π -n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:所述的重?fù)诫sP型氮化物歐姆接觸層(6)的厚度為5-12 nm，層中受主摻雜濃度為 I X 1019cnT3-2 X 120CnT3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-η-η結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:在η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層(3)刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesal，其深度為 0.12-2.5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-π -n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:在η型氮化物有源層(4)刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesa2，其深度為100_1460nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三臺(tái)面P-π -n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器，其特征在于:在P型摻雜氮化物層(5)刻蝕一層臺(tái)面，自下而上地稱為Mesa3，其深度為10_460nm。
9.一種三臺(tái)面P-η _n結(jié)構(gòu)III族氮化物半導(dǎo)體雪崩光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟， .51.襯底(I)上依次生長(zhǎng)緩沖層(2)、η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層(3)、π型氮化物有源層(4 )、ρ型摻雜氮化物層(5 )、重?fù)诫sρ型氮化物歐姆接觸層(6 ); .52.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作器件η型摻雜氮化物歐姆電極接觸層(3)的臺(tái)面Mesal ； .53.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作π型氮化物有源層(4)的臺(tái)面Mesa2 ； .54.采用光刻技術(shù)制作掩膜層，利用干法或濕法刻蝕方法制作ρ型摻雜氮化物層(5)的臺(tái)面Mesa3 ； . 55.臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，修復(fù)刻蝕的晶格損傷； .56.臺(tái)面刻蝕后，進(jìn)行表面處理，器件熱退火，進(jìn)行P型摻雜氮化物層(5)受主的活化，同時(shí)修復(fù)刻蝕引入的晶格損傷；. 57.采用光刻圖形刻出n型歐姆接觸區(qū)域，利用電子束蒸發(fā)或?yàn)R射方法蒸鍍n型金屬，在氮?dú)猸h(huán)境中合金形成η型歐姆接觸；. 58.采用光刻圖形刻出ρ型歐姆接觸區(qū)域，利用電子蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法蒸鍍P型金屬,通過(guò)退火合金形成P型歐姆接觸。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK104282793SQ201410517242
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】江灝, 唐韶吉, 譚維 申請(qǐng)人:中山大學(xué)