一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器及其制备方法技术

技术编号:18671202 阅读:18 留言:0更新日期:2018-08-14 21:07
本发明专利技术公开了一种Si衬底上AlGaN基金属‑半导体‑金属型紫外探测器及其制备方法。本发明专利技术的紫外探测器,由下至上,依次包括Si衬底、Al缓冲层、AlGaN层以及与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。本发明专利技术制备方法在Si衬底上依次通过MBE技术生长Al缓冲层以及采用脉冲激光沉积工艺生长AlGaN层,再经清洗、光刻处理后,利用电子束蒸发镀膜系统蒸镀Ni/Au两层金属,去胶处理得到叉指电极,最后进行电镀压焊点、减薄、划片、引线键合以及封装,得到Si衬底上AlGaN基金属‑半导体‑金属型紫外探测器。本发明专利技术的探测器对紫外光的具有十分灵敏的探测效果,且制备方法工艺简单、省时高效。

A AlGaN based metal semiconductor metal type ultraviolet detector on Si substrate and its preparation method

The invention discloses an AlGaN-based metal-semiconductor-metal ultraviolet detector on Si substrate and a preparation method thereof. The ultraviolet detector of the invention comprises a Si substrate, an Al buffer layer, an AlGaN layer and a Ni/Au metal interdigital electrode in contact with an AlGaN Schottky layer from bottom to top. The preparation method of the present invention uses MBE technology to grow Al buffer layer on Si substrate in turn and pulse laser deposition technology to grow Al GaN layer. After cleaning and lithography treatment, Ni/Au two layers of metal are evaporated by electron beam evaporation coating system, and the interdigital electrode is obtained by degumming treatment. Finally, the interdigital electrode is plated and soldered, thinned, scratched and etched. Wire bonding and encapsulation, AlGaN based metal semiconductor semiconductor metal oxide ultraviolet detectors on Si substrates are obtained. The detector of the invention has very sensitive detection effect for ultraviolet light, and the preparation method is simple, time-saving and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器及其制备方法
本专利技术涉及紫外探测器的
,特别涉及一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属(MSM)型紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后开发的一种新型光电检测技术,由于良好的日盲特性,具有非视线通讯、低窃听率和没有背景信号干扰等优点,在军事和民用等方面应用广泛。在军事上,主要可应用于紫外通讯、用于导弹制导、导弹预警、紫外分析和生化分析等领域。在民用上,环境检测、生物医药分析、臭氧检测、明火探测和太阳照度检测等方面都有紫外探测的需求。目前,实现产业化广泛应用的主要是Si基光电二极管紫外探测器,但由于Si的探测区域包括可见光,只有装了滤光系统后才能实现对紫外光的探测,增加了体积和成本。另外,Si对紫外光的吸收能力很强,抗辐射能力弱,这限制了紫外探测器的发展。第三代宽带隙半导体材料(包含GaN、AlN、InN以及三、四元化合物),因其具有禁带宽度大、电子迁移速率快、热稳定性好和抗辐射能力强等特性使其十分适合于制作频率高、功率大、集成度高和抗辐射的电子器件,在发光二极管、紫外探测器件和太阳能电池等许多领域得到广泛应用。AlGaN材料具有宽禁带、直接带隙,其能够通过调节合金的组分,实现禁带宽度从3.4eV到6.2eV的连续可调,相当于截止波长为200nm到365nm,具有可见光盲特性,这个特性使它能在可见光的干扰下也探测到紫外的信号,无需滤光系统和做成浅结,是制备紫外探测器的理想材料。此外,随着AlGaN薄膜外延生长技术不断的成熟,晶体质量一直的提高,再加上成本也在不停的下降,这些共同作用,使得AlGaN基紫外探测器的前景越来越大。AlGaN基紫外探测器虽然取得了一定的突破,但是远没有达到商业应用的程度,制约AlGaN基紫外探测器发展的主要因素为:异质外延的GaN/AlGaN薄膜存在高密度位错、AlGaN基紫外探测器中一些机制的解释还不够完善。Si衬底具有低成本、可制作大尺寸、导热和导电性能好的优点,结合MBE(分子束外延)外延Al缓冲层联合PLD外延AlGaN薄膜的方法能外延出高质量的AlGaN薄膜,克服AlGaN薄膜高密度位错的问题。而MSM型紫外探测器相对于其他类型的紫外探测器例如PIN型,雪崩型紫外探测器,因具有结构简单、响应速度快、光响应度高等诸多优点,得到了越来越广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足,提供了一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型(MSM型)紫外探测器。该紫外探测器具有暗电流小以及光响应度高的特点。本专利技术的目的还在于提供制备所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器的方法。该制备方法工艺简单,能耗低,省时高效。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器,由下至上,依次包括Si衬底、Al缓冲层、AlGaN层以及与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。进一步地,所述Al缓冲层的厚度为15~50nm。进一步地,所述AlGaN层的厚度为280~350nm。进一步地,所述Ni/Au金属叉指电极为Ni和Au由下至上依次层叠的金属层叉指电极,其中,Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20~40nm和300~400nm。进一步地,所述Ni/Au金属叉指电极的长度为220~300μm,宽度为5~15μm,电极间距为5~25μm,对数为30~50对。制备上述任一项所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器的方法,包括如下步骤:(1)对Si衬底进行清洗,除去表面污染物和氧化硅后,置于特高压的分子束外延生长室中,在Si衬底表面经分子束外延生长(MBE)得到Al缓冲层,形成Si衬底/Al缓冲层结构;(2)将Si衬底/Al缓冲层结构转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室,在Al缓冲层上经脉冲激光沉积得到AlGaN层,形成Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层结构;(3)对Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层结构进行清洗处理,再进行光刻处理后,利用电子束蒸发镀膜系统在AlGaN层上依次蒸镀Ni和Au两层金属层作为电极,去胶,得到与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极,形成Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构;(4)将Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构进行电镀压焊点、减薄、划片以及引线键合,再进行封装,得到所述Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器。进一步地,步骤(1)中,所述Si衬底优选为Si(111)衬底。进一步地,步骤(1)中,所述清洗为:采用摩尔比例为3∶1∶1~2∶1∶1的H2SO4∶H2O2∶H2O混合溶液清洗5~10min后,再采用5~10wt%的HF水溶液清洗10~15min。进一步地,步骤(1)中,所述分子束外延的工艺条件为:Si衬底加热至750~880℃,通入N2后,抽真空至反应室内压力维持为1~2×10-10Torr,Si衬底的旋转速率恒定为4~8r/min,恒定的转速进行分子束外延有利于得到厚度均匀的Al缓冲层。进一步地,步骤(2)中,所述脉冲激光沉积的工艺条件为:Si衬底/Al缓冲层结构加热至650~880℃,采用两束激光分别烧蚀金属Al和Ga靶材产生Al和Ga等离子体,同时通入N2等离子体,反应室内压力2~4×10-3Torr下沉积形成AlGaN层。更进一步地,所述激光的能量为200~300mJ,烧蚀金属Al靶材的激光频率为0~30Hz,烧蚀金属Ga靶材激光频率为0~30Hz,通过控制两束激光不同的频率控制AlGaN层的Al组分从0~1可调,实现AlGaN禁带宽度从3.4eV到6.2eV连续可调。更进一步地,所述N2等离子体由射频(RF)等离子体发生器产生,射频(RF)功率为400~500W。进一步地,步骤(3)中,所述清洗处理为:先依次用丙酮以及酒精分别超声清洗3~5min和5~8min,去除表面的有机杂质,接着使用去离子水超声清洗5~8min,去除表面的无机杂质,最后用氮气枪吹走表面的水汽。进一步地,步骤(3)中,所述光刻处理为:先涂覆增粘剂HMDS以增强硅片与光刻胶的黏附性,再利用匀胶机旋涂负性光刻胶30~60s,经前烘、曝光、后烘、显影、坚膜,以及采用O2等离子体进行反应离子刻蚀(RIE)处理4~8min,清洗,最后热氮气烘干5~10min。更进一步地,所述前烘是在烘箱中进行45~75℃加热处理5~10min。更进一步地,所述曝光是将前烘处理后的样品和光刻掩膜版同时放置在光刻机上,然后紫外光源照射5~10s。更进一步地,所述后烘是在烘箱中进行50~75℃加热处理10~20min。更进一步地,所述显影是将后烘处理后的样品放入6~8wt%的四丁基铵氢氧化物(TBAH)水溶液显影液中溶解5~10min。更进一步地,所述坚膜是在烘箱中进行50~75℃加热处理6~8min。更进一步地,所述清洗是先依次用丙酮以及酒精分别超声清洗3~5min和5~8min,去除表面的有机杂质,接着使用去离子水超声清洗5~8min,去除表面的无机杂质,最后用氮气枪吹走表面的水汽。进一步地,步骤(3)中,所述本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种Si衬底上AlGaN基金属‑半导体‑金属型紫外探测器,其特征在于,由下至上,依次包括Si衬底、Al缓冲层、AlGaN层以及与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。

【技术特征摘要】
1.一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器,其特征在于,由下至上,依次包括Si衬底、Al缓冲层、AlGaN层以及与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极。2.根据权利要求1所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器,其特征在于,所述Al缓冲层的厚度为15~50nm。3.根据权利要求1所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器,其特征在于,所述AlGaN层的厚度为280~350nm。4.根据权利要求1所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器,其特征在于,所述Ni/Au金属叉指电极为Ni和Au由下至上依次层叠的金属层叉指电极,其中,Ni金属层和Au金属层的厚度分别为20~40nm和300~400nm;所述Ni/Au金属叉指电极的长度为220~300μm,宽度为5~15μm,电极间距为5~25μm,对数为30~50对。5.制备权利要求1~4任一项所述的一种Si衬底上AlGaN基金属-半导体-金属型紫外探测器的方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)对Si衬底进行清洗,除去表面污染物和氧化硅后,置于特高压的分子束外延生长室中,在Si衬底表面经分子束外延生长得到Al缓冲层,形成Si衬底/Al缓冲层结构;(2)将Si衬底/Al缓冲层结构转移到脉冲激光沉积设备的真空生长室,在Al缓冲层上经脉冲激光沉积得到AlGaN层,形成Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层结构;(3)对Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层结构进行清洗处理,再进行光刻处理后,利用电子束蒸发镀膜系统在A1GaN层上蒸镀Ni和Au两层金属层作为电极,去胶,得到与AlGaN层肖特基接触的Ni/Au金属叉指电极,形成Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构;(4)将Si衬底/Al缓冲层/AlGaN层/Ni/Au金属叉指电极结构进行电镀压焊点、减薄...

【专利技术属性】
技术研发人员:王文樑郑昱林李国强
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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