本实用新型专利技术提供了一种基于GaN的光电集成器件及其外延结构。光电集成器件包括由下而上依次层叠的衬底、成核层、GaN沟道层、AlGaN肖特基势垒层，AlGaN肖特基势垒层和GaN沟道层之间形成二维电子气，AlGaN肖特基势垒层上设有从AlGaN肖特基势垒层的上表面嵌入延伸至GaN沟道层内部的隔离区，在隔离区一侧的AlGaN肖特基势垒层上由下而上依次形成有器件隔离层、N+-GaN层、i-AlGaN层、P-AlGaN层和P+-GaN层，N+-GaN层上形成有N型电极，P+-GaN层上形成有P型电极，在隔离区另一侧的AlGaN肖特基势垒层上形成有栅电极、源电极和漏电极，N型电极与N+-GaN层之间、P型电极与P+-GaN层之间以及源电极和漏电极与AlGaN肖特基势垒层之间均形成欧姆接触。通过上述方式，本实用新型专利技术能够实现GaN基PIN光电探测器与GaN基HEMT之间的集成。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种基于GaN的光电集成器件及其外延结构。
技术介绍
GaN(氮化镓)作为第三代半导体的典型代表，具有高功率、高效率、高工作温度等特点，已广泛地应用于电力转换、微波通信等各个领域。目前，太空通信、长距离的无线传感大多采用微波通信方式。GaN基PIN光电探测器具有以下优点:不吸收可见光，不需要滤光系统，可探测紫外光；不需要做成浅结，可大大提高量子效率；耐高温，抗辐射能力强，可在极端环境下正常工作。因此，GaN基PIN光电探测器可广泛应用于宇宙探测、火灾预警、海面漏油探测、工业温度控制等领域，而这些领域一直以来是人们关注的重点。为了进一步增加芯片功能，提高集成度，简化系统，降低尺寸和成本，目前采用光集成技术。光光集成和光电集成是光集成技术的两种方式。光光集成以集成光路为代表，从体结构的组合到以光波导形式实现光调制器和光开关等。光电集成指光子器件和电子器件均集成在同一衬底上得到光电集成电路。光光集成相对难度较小，而光电集成由于涉及结构兼容性、材料兼容性、工艺兼容性等一系列问题，一直是研宄难点和重点。而将GaN基PIN光电探测器与GaN基HEMT (高功率电子迀移晶体管)集成在一起，使得以下无线探测技术路线成为可能:由PIN光电探测器作为紫外光探测器，进行太空探测、海面漏油探测、工业温度控制、火灾预警等安防探测，最后由晶圆级集成的GaN基HEMT将信号放大后通过天线发射出去，以传递相关信息。然而，GaN虽然在快速发展，但是仅为短短10年，加之光电集成难度较大，因此，目前GaN基PIN光电探测器方面的研宄刚刚兴起，亟需在GaN基PIN光电探测器与GaN基HEMT的光电集成方面取得突破。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种基于GaN的光电集成器件及其外延结构，能够实现GaN基PIN光电探测器与GaN基HEMT之间的集成。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是:提供一种基于GaN的光电集成器件，包括:衬底；成核层，所述成核层形成在所述衬底上；GaN沟道层，所述GaN沟道层形成在所述成核层上；AlGaN肖特基势皇层，所述AlGaN肖特基势皇层形成在所述GaN沟道层上，且所述AlGaN肖特基势皇层和所述GaN沟道层之间形成二维电子气；隔离区，所述隔离区从所述AlGaN肖特基势皇层的上表面嵌入延伸至所述GaN沟道层内部；其中，在所述隔离区一侧的所述AlGaN肖特基势皇层上由下而上依次形成有器件隔离层、N+-GaN层、1-AlGaN层、P-AlGaN层和P+-GaN层，所述N+-GaN层上形成有N型电极，所述P+-GaN层上形成有P型电极，在所述隔离区另一侧的所述AlGaN肖特基势皇层上形成有栅电极、源电极和漏电极，并且所述N型电极与所述N+-GaN层之间、所述P型电极与所述P+-GaN层之间以及所述源电极和漏电极与所述AlGaN肖特基势皇层之间均形成欧姆接触。优选地，所述衬底的厚度为50?1000微米，且所述衬底材料为S1、SiC, GaN,Diamond和蓝宝石中的一种或多种。优选地，所述成核层的厚度为10?500纳米，且所述成核层材料为AlN和/或AlGaN0优选地，所述GaN沟道层的厚度为I?3微米，且所述GaN沟道层与所述成核层构成异质结。优选地，所述AlGaN肖特基势皇层的厚度5?200纳米，所述AlGaN肖特基势皇层与所述GaN沟道层构成异质结，且所述AlGaN肖特基势皇层中AlGaN的化学式为AlxGai_xN，其中，X为0.1?0.5。优选地，所述器件隔离层的厚度为20?1000纳米，且所述器件隔离层材料为氮化物介质薄膜。优选地，所述N+-GaN层的厚度为500?1500纳米，掺杂浓度大于或等于I X 1017cm_3;所述P+-GaN层的厚度小于或等于50纳米，掺杂浓度大于或等于lX1018cm_3。优选地，所述1-AlGaN层的厚度为100?1500纳米，杂质浓度小于或等于I X 116Cm-3,且所述1-AlGaN层中AlGaN的化学式为AlyGa1^N,其中，Y为O?I。优选地，所述P-AlGaN层的厚度为50?800纳米，掺杂浓度大于或等于I X 1017cnT3，且所述P-AlGaN层中AlGaN的化学式为AlzGa1^N,其中，Z为0.1?0.5。为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是:提供一种基于GaN的光电集成器件的外延结构，包括由下而上依次形成的衬底、成核层、GaN沟道层、AlGaN肖特基势皇层、器件隔离层、N+-GaN层、1-AlGaN层、P-AlGaN层和P+-GaN层，其中，所述AlGaN肖特基势皇层和所述GaN沟道层之间形成二维电子气。区别于现有技术的情况，本技术的有益效果是:通过在同一衬底上集成GaN基PIN光电探测器和GaN基HEMT，并通过隔离区隔离，从而能够实现GaN基PIN光电探测器与GaN基HEMT之间的集成，可以增加芯片功能，提高集成度，简化系统，降低尺寸和成本。【附图说明】图1是本技术实施例基于GaN的光电集成器件的结构示意图。图2?图6是本技术实施例基于GaN的光电集成器件的制备流程图。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参见图1，是本技术实施例基于GaN的光电集成器件的结构示意图。本技术实施例的基于GaN的光电集成器件包括:衬底10、成核层20、GaN沟道层30、AlGaN肖特基势皇层40、隔离区50、器件隔离层60、N+-GaN层70、1-AlGaN层80、P-AlGaN层90和P+-GaN 层 100。成核层20形成在衬底10上。GaN沟道层30形成在成核层20上。AlGaN肖特基势皇层40形成在GaN沟道层30上，且AlGaN肖特基势皇层40和GaN沟道层30之间形成二维电子气31。隔离区50从AlGaN肖特基势皇层40的上表面嵌入延伸至GaN沟道层30内部。其中，可以采用注入离子方式注入离子形成隔离区50或者采用刻蚀工艺形成刻蚀出隔离区50，隔离区50将AlGaN肖特基势皇层40和二维电子气31隔离为相互绝缘的两部分。其中，在隔离区50 —侧的AlGaN肖特基势皇层40上由下而上依次形成有器件隔离层 60、N+-GaN 层 70、1-AlGaN 层 80、P-AlGaN 层 90 和 P+-GaN 层 100。N+-GaN 层 70 上形成有N型电极71 ,P+-GaN层100上形成有P型电极101。在隔离区50另一侧的AlGaN肖特基势皇层40上形成有栅电极41、源电极42和漏电极43，并且N型电极71与N+-GaN层70之间、P型电极101与P+-GaN层100之间以及源电极42和漏电极43与AlGaN肖特基势皇层40之间均形成欧姆接触。其中，N型电极71和P型电极101均为两个，两个N型电极71分别位于1-AlGaN层80两侧的N+-GaN层70上。源电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于GaN的光电集成器件，其特征在于，包括：衬底；成核层，所述成核层形成在所述衬底上；GaN沟道层，所述GaN沟道层形成在所述成核层上；AlGaN肖特基势垒层，所述AlGaN肖特基势垒层形成在所述GaN沟道层上，且所述AlGaN肖特基势垒层和所述GaN沟道层之间形成二维电子气；隔离区，所述隔离区从所述AlGaN肖特基势垒层的上表面嵌入延伸至所述GaN沟道层内部；其中，在所述隔离区一侧的所述AlGaN肖特基势垒层上由下而上依次形成有器件隔离层、N+‑GaN层、i‑AlGaN层、P‑AlGaN层和P+‑GaN层，所述N+‑GaN层上形成有N型电极，所述P+‑GaN层上形成有P型电极，在所述隔离区另一侧的所述AlGaN肖特基势垒层上形成有栅电极、源电极和漏电极，并且所述N型电极与所述N+‑GaN层之间、所述P型电极与所述P+‑GaN层之间以及所述源电极和漏电极与所述AlGaN肖特基势垒层之间均形成欧姆接触。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈一峰，
申请(专利权)人：成都嘉石科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51
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