一種金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測(cè)器在軍事和民用方面均有很高的應(yīng)用價(jià)值.軍事上，紫外探測(cè)技術(shù)可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈預(yù)警、紫外通訊等領(lǐng)域，這些已引起軍方的高度重視.紫外探測(cè)技術(shù)在民用領(lǐng)域中，可用于紫外樹脂固化、燃燒工程及紫外水凈化處理中的紫外線測(cè)量、火焰探測(cè)等非常廣泛的領(lǐng)域.因此，世界各國把紫外探測(cè)技術(shù)列為當(dāng)今研究開發(fā)的重點(diǎn)課題.目前，主要投入使用的仍然是硅基紫外光電管和光電倍增管.前者靈敏度低而且還需要附帶濾光片，而后者則有體積笨重、易損壞、效率低等缺點(diǎn)，因此日益發(fā)展的寬帶隙半導(dǎo)體材料成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。
[0003]為了克服上述問題，本發(fā)明一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，用GaN樣品制備了 MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器。GaN具有寬的直接帶隙，其室溫禁帶寬度為3.4eV，用它制備的探測(cè)器對(duì)波長大于365 nm的光子不敏感，這個(gè)性質(zhì)使它極適用于在紅外及可見光背景下辨別并探測(cè)到紫外部分，是制備可見盲探測(cè)器的理想材料之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，發(fā)明一種GaN金屬-半導(dǎo)體_金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝。其技術(shù)方案是一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:利用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)方法在藍(lán)寶石襯底上制備了 GaN單晶薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射和光致發(fā)光譜測(cè)量。利用GaN樣品成功地制備了 MSM結(jié)構(gòu)GaN紫外光電探測(cè)器。
[0005]用MOCVD設(shè)備在(0001)晶向的藍(lán)寶石(Al2O3 )襯底上采用兩步生長法生長GaN樣品。三甲基鎵(TMGa)和高純氨氣(NH3)分別作III族源和V族源，Pd純化的H2作載氣.生長前，襯底經(jīng)有機(jī)溶液去油，用熱H2 SO4與H3PO4混合液腐蝕之后用去離子水沖洗干凈。襯底進(jìn)反應(yīng)室后先在11501:的H2氣氛下烘烤20 min以除去表面的吸附雜質(zhì)，接著在H2/NH3混合氣氛下氮化3 min，然后降溫至540°C左右生長20 nm厚的GaN緩沖層，之后再將溫度升至1100°C恒溫6 min，使緩沖層重新結(jié)晶，最后在1070°C高溫下生長約為3μπι厚的GaN外延層。
[0006]在制備器件之前，因樣品暴露于空氣中，對(duì)樣品按標(biāo)準(zhǔn)的清洗程序進(jìn)行表面清洗，以去除油污和金屬。用增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法在GaN樣品表面淀積Si3N4介質(zhì)膜，這層介質(zhì)膜可以起到隔離器件的作用，還可以防止污染、劃傷等影響器件性能。對(duì)樣品進(jìn)行光刻、顯影，再用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)刻蝕出窗口凹槽，樣品經(jīng)去膠后用去離子水沖洗，再用N2氣吹干。用型號(hào)為INN0TEC的電子束蒸發(fā)臺(tái)，在真空度1.333 2 Pa下，蒸發(fā)厚度分別為20 nm/ AQxm/ 60 nm的Ti/ Pt/ Au三層金屬，經(jīng)合金退火后用剝離工藝形成間距相等、對(duì)稱的叉指狀電極。
[0007]根據(jù)我們的工藝條件，抗反射膜的厚度h選取為230 nm左右。為了壓焊引線，再次經(jīng)過光刻、顯影、腐蝕形成面積為75 μ m X75ym的壓焊區(qū)。最后，探測(cè)器芯片經(jīng)劃片、燒結(jié)、鍵合、封裝、老化等后道工序完成探測(cè)器的整個(gè)制備工藝。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)是:GaN基材料還具有很高的熱導(dǎo)率和電子飽和速度，極高的擊穿電場(chǎng)，穩(wěn)定的物理和化學(xué)特性，用它制作的紫外探測(cè)器能很好地在高溫和宇航及軍事等極端條件下工作。MSM結(jié)構(gòu)因其平面型、制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、無需制作ρ2η結(jié)、避開摻雜和歐姆接觸等問題容易獲得高量子效率、高響應(yīng)速度以及便于單片光電集成等諸多優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。用MOCVD方法在藍(lán)寶石襯底上生長了 GaN薄膜，樣品是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶膜，結(jié)晶質(zhì)量較好。用GaN樣品成功地制備了 MSM結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器。.光譜響應(yīng)測(cè)試結(jié)果可知，探測(cè)器具備可見盲特性，具有較好的探測(cè)性能.同時(shí)探測(cè)器也具有很好的耐壓性能，具有廣闊前景用途。
【具體實(shí)施方式】
[0009]一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:利用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)方法在藍(lán)寶石襯底上制備了 GaN單晶薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射和光致發(fā)光譜測(cè)量。利用GaN樣品成功地制備了 MSM結(jié)構(gòu)GaN紫外光電探測(cè)器。
[0010]用MOCVD設(shè)備在(0001)晶向的藍(lán)寶石(Al2O3 )襯底上采用兩步生長法生長GaN樣品。三甲基鎵(TMGa)和高純氨氣(NH3)分別作III族源和V族源，Pd純化的H2作載氣.生長前，襯底經(jīng)有機(jī)溶液去油，用熱H2 SO4與H3PO4混合液腐蝕之后用去離子水沖洗干凈。襯底進(jìn)反應(yīng)室后先在11501:的H2氣氛下烘烤20 min以除去表面的吸附雜質(zhì)，接著在H2/NH3混合氣氛下氮化3 min，然后降溫至540°C左右生長20 nm厚的GaN緩沖層，之后再將溫度升至1100°C恒溫6 min，使緩沖層重新結(jié)晶，最后在1070°C高溫下生長約為3 μ m厚的GaN外延層.在制備器件之前，因樣品暴露于空氣中，對(duì)樣品按標(biāo)準(zhǔn)的清洗程序進(jìn)行表面清洗，以去除油污和金屬。用增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法在GaN樣品表面淀積Si3N4介質(zhì)膜，這層介質(zhì)膜可以起到隔離器件的作用，還可以防止污染、劃傷等影響器件性能。對(duì)樣品進(jìn)行光刻、顯影，再用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)刻蝕出窗口凹槽，樣品經(jīng)去膠后用去離子水沖洗，再用N2氣吹干。用型號(hào)為INN0TEC的電子束蒸發(fā)臺(tái)，在真空度1.333 2 Pa下，蒸發(fā)厚度分別為20 nm/ AQxm/ 60 nm的Ti/ Pt/ Au三層金屬，經(jīng)合金退火后用剝離工藝形成間距相等、對(duì)稱的叉指狀電極。
[0011]根據(jù)我們的工藝條件，抗反射膜的厚度h選取為230 nm左右。為了壓焊引線，再次經(jīng)過光刻、顯影、腐蝕形成面積為75 μ m X75ym的壓焊區(qū)。最后，探測(cè)器芯片經(jīng)劃片、燒結(jié)、鍵合、封裝、老化等后道工序完成探測(cè)器的整個(gè)制備工藝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是利用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)方法在藍(lán)寶石襯底上制備了 GaN單晶薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射和光致發(fā)光譜測(cè)量，利用GaN樣品成功地制備了 MSM結(jié)構(gòu)GaN紫外光電探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:用MOCVD設(shè)備在(0001)晶向的藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上采用兩步生長法生長GaN樣品，三甲基鎵(TMGa)和高純氨氣(NH3)分別作III族源和V族源，Pd純化的H2作載氣，襯底進(jìn)反應(yīng)室后先在11501:的H2氣氛下烘烤20 min以除去表面的吸附雜質(zhì)，接著在H2/ NH3混合氣氛下氮化3 min,然后降溫至540°C左右生長20 nm厚的GaN緩沖層,之后再將溫度升至1100°C恒溫6 min，使緩沖層重新結(jié)晶，最后在1070°C高溫下生長約為3 μ m厚的GaN外延層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:用增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法在GaN樣品表面淀積Si3N4介質(zhì)膜，對(duì)樣品進(jìn)行光刻、顯影，再用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)刻蝕出窗口凹槽，樣品經(jīng)去膠后用去離子水沖洗，再用N2氣吹干，用型號(hào)為INN0TEC的電子束蒸發(fā)臺(tái)，在真空度1.3332Pa下，蒸發(fā)厚度分別為20 nm/ AQxm/ 60 nm的Ti/ Pt/ Au三層金屬，經(jīng)合金退火后用剝離工藝形成間距相等、對(duì)稱的叉指狀電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:中間層的制備:將做完底層的鈦基體放在含有200g/L Pb (NO3) 2、0.5 g/LNaF、pH=2^3的電沉積液中，用磁力加熱攪拌器攪拌，控制電流密度0.04A/cm2，溫度為70°C，電解2h，可制得一塊厚度約Imm的純二氧化鉛電極，完成中間層的制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝，其特征是:摻雜活性層的制備:根據(jù)我們的工藝條件，抗反射膜的厚度h選取為230 nm左右，為了壓焊引線，再次經(jīng)過光刻、顯影、腐蝕形成面積為75μπι X75ym的壓焊區(qū)，最后，探測(cè)器芯片經(jīng)劃片、燒結(jié)、鍵合、封裝、老化等后道工序完成探測(cè)器的整個(gè)制備工藝。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光電探測(cè)器的制備工藝。其技術(shù)方案是：利用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)方法在藍(lán)寶石襯底上制備了GaN單晶薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射和光致發(fā)光譜測(cè)量。利用GaN樣品成功地制備了MSM結(jié)構(gòu)GaN紫外光電探測(cè)器。本發(fā)明的特點(diǎn)是：GaN基材料還具有很高的熱導(dǎo)率和電子飽和速度，極高的擊穿電場(chǎng)，穩(wěn)定的物理和化學(xué)特性。MSM結(jié)構(gòu)因其平面型、制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、無需制作p2n結(jié)、避開摻雜和歐姆接觸等問題容易獲得高量子效率、高響應(yīng)速度以及便于單片光電集成等諸多優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。
【IPC分類】H01L31-18, H01L21-205
【公開號(hào)】CN104701409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310660805
【發(fā)明人】馬文超
【申請(qǐng)人】青島平度市舊店金礦
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月9日