基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管及其制备方法。该方法包括：选取SiC衬底；在SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层；在Ga2O3层表面形成光吸收层；在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极；在整个衬底上表面淀积第二金属材料形成顶电极以最终形成所述光电探测二极管。本发明专利技术采用了双异质结结构，可有效降低漏电流，从而大幅提高光电二极管的器件可靠性。且将Ga2O3材料应用于光吸收层，充分发挥其在紫外光探测方面的性能，其透明导电的电学特性利于提高光吸收层的光吸收能力，进而大幅提高光电探测二极管的器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管及其制备方法。
技术介绍
随着近年来天文、高能物理、空间技术等领域的研究与探索工作的不断深入，及其在宇宙探测、人造卫星等方面应用前景的迅速拓展，对于光线尤其紫外光的探测器的要求越来越高，如光电对抗中紫外对抗与反对抗技术就愈发受到军方的关注。通常波长在10～400nm的电磁波成为紫外线，既不同于可见光辐射，又不同于红外辐射；其中来自太阳辐射的紫外线中被大气层几乎完全吸收的谱区被称为日盲区，是紫外探测中较难探测到的区域。光电探测二极管是一种基于PN结的光电检测二极管，一般可测量紫外到红外光区域，在军事高技术与民品市场的开发中具有很大的使用价值，如在日盲区对尾烟或羽烟中能释放大量紫外辐射的飞行目标进行实时探测或有效跟踪。但目前的光电检测二极管仍然存在光吸收能力弱，且在紫外光探测方面能力不强等问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于Ga2O3/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法。本专利技术的一个实施例提供了一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的制备方法，包括：选取SiC衬底；在所述SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层；在所述Ga2O3层表面形成光吸收层；在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极；在整个衬底上表面淀积第二金属材料形成顶电极以最终形成所述光电探测二极管。在本专利技术的一个实施例中，选取SiC衬底，包括：选取N型的4H-SiC或6H-SiC材料作为所述SiC衬底；利用RCA标准清洗工艺对所述SiC衬底进行清洗。在本专利技术的一个实施例中，在所述SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层，包括：利用LPCVD工艺，在所述SiC衬底表面生长掺杂N元素的SiC材料以形成N型的所述同质外延层；采用MOCVD工艺，在所述同质外延表面生长掺杂N元素的GaN材料以形成所述GaN层；利用MBE工艺，在所述GaN层表面生长β-Ga2O3材料形成所述Ga2O3层。在本专利技术的一个实施例中，在所述Ga2O3层表面形成光吸收层，包括：采用第一掩膜板，利用磁控溅射工艺在所述Ga2O3层表面溅射第三金属材料形成所述光吸收层。在本专利技术的一个实施例中，利用磁控溅射工艺在所述Ga2O3层表面溅射第三金属材料，包括：以Ni材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为100W，真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa的条件下，在所述Ga2O3层表面溅射所述Ni材料以作为所述第三金属材料。在本专利技术的一个实施例中，在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极，包括：利用磁控溅射工艺在包括SiC衬底、所述同质外延层、所述GaN层、所述Ga2O3层及所述光吸收层的整个衬底的下表面溅射所述第一金属材料；在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述整个衬底的下表面与所述第一金属材料表面处形成欧姆接触以完成所述底电极的制备。在本专利技术的一个实施例中，利用磁控溅射工艺在包括SiC衬底、所述同质外延层、所述GaN层、所述Ga2O3层及所述光吸收层的整个衬底的下表面溅射所述第一金属材料，包括：以Ni材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为100W，真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa的条件下，在所述整个衬底的下表面溅射所述Ni材料以作为所述第一金属材料。在本专利技术的一个实施例中，在整个衬底上表面生长第二金属材料形成顶电极，包括：采用第二掩膜板，利用磁控溅射工艺在在包括SiC衬底、所述同质外延层、所述GaN层、所述Ga2O3层及所述光吸收层的整个衬底上表面生长所述第二金属材料；在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述整个衬底的上表面与所述第二金属材料表面处形成欧姆接触以完成所述顶电极的制备。在本专利技术的一个实施例中，利用磁控溅射工艺在在包括SiC衬底、所述同质外延层、所述GaN层、所述Ga2O3层及所述光吸收层的整个衬底上表面生长所述第二金属材料，包括：以Ni材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W，在真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa的条件下，在所述整个衬底表面溅射形成所述Ni材料；以Au材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为20～100W，在真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa的条件下，在所述Ni材料表面溅射Au材料形成Ni/Au叠层双金属材料以作为所述第二金属材料。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管，其中，所述基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管由上述实施例中任一所述的方法制备形成。本专利技术的光电探测二极管采用了双异质结结构，从而形成双势垒，可有效降低漏电流，从而大幅提高光电二极管的器件可靠性，且本专利技术的实用性较高，目前在SiC衬底上进行同质外延和生长GaN层的工艺已成熟，也出现过在GaN衬底上生长Ga2O3的成熟工艺，本专利技术将两工艺结合，实用价值高。另外，本专利技术的光电探测二极管将Ga2O3材料应用于光吸收层，充分发挥其在紫外光探测方面的卓越性能，该材料在日盲区光透率可达80％以上，甚至到90％，十分适合应用于光吸收层，此外其透明导电的电学特性也有利于提高光吸收层的光吸收能力，进而大幅提高光电探测二极管的器件性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的截面示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的俯视示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的制备方法流程示意图；图4a-图4g为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的制备方法示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种第一掩膜版的结构示意图；以及图6为本专利技术实施例提供的一种第二掩膜版的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1及图2，图1为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的截面示意图，图2为本专利技术实施例提供的一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的俯视示意图。本专利技术的光电探测二极管包括：SiC衬底1、N型同质外延层2、GaN层3、N型Ga2O3层4、底电极5、顶电极6、光吸收层7组成。其中，SiC衬底为N型的4H-SiC或6H-SiC材料；N型同质外延层2为掺杂N元素的SiC，掺杂浓度1015cm-3量级；所述GaN层3为掺杂N元素的P型GaN材料，掺杂浓度1017cm-3量级；所述N型Ga2O3层为掺杂Sn、Si、Al的β-Ga2O3(-201)、β-Ga2O3(010)或β-Ga2O3(001)材料，掺杂浓度1017cm-3量级；所述光吸收层为Ti、Al、Ni等材料。进一步地，所述顶电极为Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的制备方法，其特征在于，包括：选取SiC衬底；在所述SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层；在所述Ga2O3层表面形成光吸收层；在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极；在整个衬底上表面淀积第二金属材料形成顶电极以最终形成所述光电探测二极管。

【技术特征摘要】
1.一种基于双异质结的Ga2O3/GaN/SiC光电探测二极管的制备方法，其特征在于，包括：选取SiC衬底；在所述SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层；在所述Ga2O3层表面形成光吸收层；在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极；在整个衬底上表面淀积第二金属材料形成顶电极以最终形成所述光电探测二极管。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取SiC衬底，包括：选取N型的4H-SiC或6H-SiC材料作为所述SiC衬底；利用RCA标准清洗工艺对所述SiC衬底进行清洗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述SiC衬底表面连续生长同质外延层、GaN层及Ga2O3层，包括：利用LPCVD工艺，在所述SiC衬底表面生长掺杂N元素的SiC材料以形成N型的所述同质外延层；采用MOCVD工艺，在所述同质外延表面生长掺杂N元素的GaN材料以形成所述GaN层；利用MBE工艺，在所述GaN层表面生长β-Ga2O3材料形成所述Ga2O3层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述Ga2O3层表面形成光吸收层，包括：采用第一掩膜板，利用磁控溅射工艺在所述Ga2O3层表面溅射第三金属材料形成所述光吸收层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用磁控溅射工艺在所述Ga2O3层表面溅射第三金属材料，包括：以Ni材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中，在工作功率为100W，真空度为6×10-4～1.3×10-3Pa的条件下，在所述Ga2O3层表面溅射所述Ni材料以作为所述第三金属材料。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在整个衬底下表面淀积第一金属材料形成底电极，包括：利用磁控溅射工艺在包括SiC衬底、所述同质外延层、所述GaN层、所述Ga2O3层及所述光吸收层的整个衬底的下表面溅射所述第一金属材料；在氮气和氩气的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾仁需，张弘鹏，元磊，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61