基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于信息材料與器件領(lǐng)域,設(shè)及一種懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管及其 制備技術(shù)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 氮化物材料特別是GaN材料,具有更高的禁帶寬度,更大的電子飽和漂移速度,更 強(qiáng)的臨近擊穿電場(chǎng),更高的熱導(dǎo)率W及熱穩(wěn)定性等特性,是制備高頻、高溫、高壓、大功率器 件的理想材料。而基于娃襯底氮化物材料的光致晶體管器件,通過利用各向異性娃刻蝕技 術(shù),剝離去除器件結(jié)構(gòu)下娃襯底層,得到基于懸空氮化物薄膜P-n結(jié)量子阱的光致晶體管, 進(jìn)一步采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù),獲得超薄的懸空器件。該器件一端的L邸光源發(fā)出的 光,由另一端的光電探測(cè)器感知到,實(shí)現(xiàn)器件的光致晶體管特性;該器件作為兩個(gè)共地的 L抓光源,獨(dú)立地傳輸被調(diào)制的光信號(hào),實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道發(fā)射;該器件作為兩 個(gè)共地的光電探測(cè)器,獨(dú)立地感知空間光信號(hào),實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道探測(cè)。運(yùn)為發(fā) 展面向可見光無線通信、光傳感的氮化物光子及光學(xué)微電子器件提供了新的方向。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管,將該晶體管一端 作為Lm)光源,另一端作為光電探測(cè)器、兩個(gè)共地的Lm)光源、兩個(gè)共地的光電探測(cè)器,分別 實(shí)現(xiàn)器件的光致晶體管特性、可見光無線通信的雙通道發(fā)射和可見光無線通信的雙通道探 測(cè),本發(fā)明同時(shí)提供一種該晶體管的制備方法。
[0007] 技術(shù)方案:本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管,W娃基氮化物晶片為載 體,包括娃襯底層、設(shè)置在所述娃襯底層上的外延緩沖層、設(shè)置在所述外延緩沖層上的兩個(gè) p-n結(jié)量子阱器件;所述p-n結(jié)量子阱器件由n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱、P-GaN層、P-電極 和n-電極構(gòu)成,在所述n-GaN層上表面有刻蝕出的階梯狀臺(tái)面,所述階梯狀臺(tái)面包括下臺(tái)面 和位于下臺(tái)面上的上臺(tái)面,所述InGaN/GaN多量子阱、P-GaN層、P-電極從下至上依次連接設(shè) 置在上臺(tái)面的上方,所述n-電極設(shè)置在下臺(tái)面上,為兩個(gè)p-n結(jié)量子阱器件所共用;在所述 n-GaN層下方設(shè)置有貫穿娃襯底層、外延緩沖層至n-GaN層中的空腔,使得p-n結(jié)量子阱器件 懸空。
[000引進(jìn)一步的,本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中,所述P-電極由依次連 接的懸空P-電極區(qū)、P-電極導(dǎo)電區(qū)和P-電極引線區(qū)組成;所述n-電極由相互連接的n-電極 導(dǎo)電區(qū)和n-電極引線區(qū)組成,兩個(gè)p-n結(jié)量子阱器件的懸空P-電極區(qū)和部分n-電極導(dǎo)電區(qū)、 部分n-電極引線區(qū)構(gòu)成懸空電極區(qū),所述空腔位于懸空電極區(qū)的下方。
[0009]進(jìn)一步的,本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中,所述p-n結(jié)量子阱器 件在娃基氮化物晶片的氮化物層上實(shí)現(xiàn)。
[0010] 進(jìn)一步的,本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中,所述P-電極和n-電極 均為Ni/Au電極,即沉積的金屬材料為Ni/Au。
[0011] 本發(fā)明的制備上述基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管的方法,包括W下步驟: 步驟(1)在娃基氮化物晶片背后對(duì)娃襯底層進(jìn)行減薄拋光; 步驟(2)在娃基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠,采用曝光技術(shù)在光刻膠層上 定義出n-GaN臺(tái)階區(qū)域,所述n-GaN臺(tái)階區(qū)域包括下臺(tái)面和上臺(tái)面; 步驟(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕n-GaN臺(tái)階區(qū)域,得到階梯狀臺(tái)面; 步驟(4)在娃基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠,光刻定義出位于上臺(tái)面的p-n 結(jié)量子阱器件的P-電極窗口區(qū)域、位于下臺(tái)面的P-n結(jié)量子阱器件的n-電極窗口區(qū)域,然后 在所述P-電極窗口區(qū)域與n-電極窗口區(qū)域分別蒸鍛Ni/Au,形成歐姆接觸,實(shí)現(xiàn)P-電極與n-電極,去除殘余光刻膠后,即得到P-n結(jié)量子阱器件; 步驟巧)在娃基氮化物晶片頂層涂膠保護(hù),防止刻蝕過程中損傷表面器件,在娃基氮化 物晶片的娃襯底層下表面旋涂一層光刻膠層,利用背后對(duì)準(zhǔn)技術(shù),定義出一個(gè)對(duì)準(zhǔn)并覆蓋 p-n結(jié)量子阱器件懸空部分的背后刻蝕窗口; 步驟(6)將外延緩沖層作為刻蝕阻擋層,利用背后深娃刻蝕技術(shù),通過背后刻蝕窗口將 所述娃襯底層貫穿刻蝕至外延緩沖層的下表面; 步驟口 )采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù),從下往上對(duì)外延緩沖層和n-GaN層進(jìn)行氮化物 減薄處理,形成一個(gè)空腔; 步驟(8)去除殘余光刻膠,獲得基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管器件。
[0012] 進(jìn)一步的,本發(fā)明制備方法中,所述步驟(4)中的蒸鍛Ni/Au,采用剝離工藝和溫度 控制在500? 5°C的氮?dú)馔嘶鸺夹g(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0013] 進(jìn)一步的,本發(fā)明制備方式中,步驟(7)中的氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)為離子束轟 擊或反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)。
[0014] 進(jìn)一步的,本發(fā)明制備方式中,所述步驟(4)中定義的P-電極窗口區(qū)域包括依次連 接的懸空P-電極區(qū)窗口、P-電極導(dǎo)電區(qū)窗口和P-電極引線區(qū)窗口,所述n-電極窗口區(qū)域包 括相互連接的n-電極導(dǎo)電區(qū)窗口和n-電極引線區(qū)窗口。
[0015] 本發(fā)明通過曝光技術(shù)和氮化物刻蝕工藝,將LED、光電探測(cè)器轉(zhuǎn)移到頂層氮化物器 件層。利用各向異性娃刻蝕技術(shù),剝離去除器件結(jié)構(gòu)下娃襯底層和外延緩沖層,進(jìn)一步采用 氮化物背后減薄刻蝕技術(shù),獲得超薄的基于懸空P-n結(jié)量子阱的光致晶體管。
[0016] 本發(fā)明中,晶體管一端作為Lm)光源,另一端作為光電探測(cè)器,由于兩個(gè)器件之間 優(yōu)異的光譜匹配特性,光電探測(cè)器能夠感知Lm)器件發(fā)出的光,將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)輸出, 從而實(shí)現(xiàn)器件的光致晶體管特性。
[0017] 本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管,可W將該晶體管作為兩個(gè)共地的 L抓光源,獨(dú)立地傳輸被調(diào)制的光信號(hào),實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道發(fā)射??蒞將該晶體 管作為兩個(gè)共地的光電探測(cè)器,獨(dú)立地感知空間光信號(hào),實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道探 測(cè)。本發(fā)明器件W光子作為信息傳輸載體,很好地解決了信號(hào)傳輸時(shí)崎變失真、能量損耗等 問題;同時(shí),本器件既可W作為兩個(gè)L邸光源,也可作為兩個(gè)光電探測(cè)器,實(shí)現(xiàn)器件的多功能 應(yīng)用。
[0018]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有W下優(yōu)點(diǎn): 本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管區(qū)別于傳統(tǒng)電致晶體管W電子作為傳輸 載體,采用光子作為信息傳輸?shù)妮d體,使信息在傳輸中所造成的信息崎變和失真極小,光傳 輸、轉(zhuǎn)換時(shí)能量消耗和散發(fā)熱量極低。同時(shí),光致晶體管器件既可作為Lm)光源,也可作為光 電探測(cè)器使用;同時(shí),實(shí)現(xiàn)晶體管源、漏極的雙向利用。解決了器件的多功能應(yīng)用問題,功能 更加全面且制作工藝簡(jiǎn)潔,為平面光子集成開創(chuàng)了一種新的光致晶體管器件。
[0019]本發(fā)明器件將光源、光電探測(cè)器集成在同一忍片上,L抓器件發(fā)出的光,在另一端 被光電探測(cè)器探測(cè)到,利用量子阱器件的電光效應(yīng)和光電效應(yīng),實(shí)現(xiàn)光致晶體管特性; 本發(fā)明器件可作為兩個(gè)Lm)光源,采用共地結(jié)構(gòu),獨(dú)立地傳輸被調(diào)制的光信號(hào),實(shí)現(xiàn)可 見光無線通信的雙通道發(fā)射; 本發(fā)明器件可作為兩個(gè)光電探測(cè)器,采用共地結(jié)構(gòu),獨(dú)立地感知空間傳輸?shù)墓庑盘?hào),實(shí) 現(xiàn)可見光無線通信的雙通道探測(cè)。
[0020] 本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管,其制備技術(shù)與娃加工技術(shù)兼容,可 實(shí)現(xiàn)面向可見光波段光通信、光傳感的平面光子集成器件。
[0021]
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管俯視圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管的制造流程圖。
[0025] 圖中有:1 -娃襯底層;2 -外延緩沖層;3 -n-GaN; 4 - InGaN/GaN多量子阱;5 -P-GaN層;6-p-電極;7-n-電極;8-懸空P-電極區(qū);9-p-電極導(dǎo)電區(qū);10-p-電極引線區(qū); 11-n-電極導(dǎo)電區(qū);12-n-電極引線區(qū);13-懸空電極區(qū)。
[0026]
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0028] 圖1、圖2給出了本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。該器 件W娃基氮化物晶片為載體,包括娃襯底層1、設(shè)置在所述娃襯底層1上的外延緩沖層2、設(shè) 置在所述外延緩沖層2上的p-n結(jié)量