一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，属于半导体技术领域。本发明专利技术解决了AlGaN基探测器阵列制备过程中，刻蚀工艺需要有毒气体、刻蚀工艺复杂、刻蚀后器件存在漏电通道的问题，所述方法包括以下步骤：(1)生长N型AlGaN基材料；(2)制备掩膜材料；(3)制备生长窗口；(4)生长I型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料；(5)分别在N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料上制备欧姆接触电极。本发明专利技术方法避免了AlGaN基探测器阵列制备过程中有毒气体的使用，解决了刻蚀台面存在漏电通道的问题，并且工艺简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法
本专利技术属于半导体
，特别涉及一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法。
技术介绍
AlGaN基材料属于直接宽带隙半导体材料，通过调节AlGaN中的Al的组分，AlGaN的禁带宽度能够在3.4ev～6.2ev范围内连续可调，进而使得AlGaN基紫外探测器能够实现对200nm～365nm波段紫外光的本征探测。另外，AlGaN基材料具有化学稳定性和热稳定性，抗辐照能力强等优势，因此，AlGaN基材料是研制紫外及深紫外探测器的理想材料，AlGaN紫外及深紫外探测器具有全固态，体积小，抗辐照能力强，适合在苛刻条件下工作等优势。与传统的Si紫外探测器和光电倍增管相比，AlGaN紫外探测器能够本征实现对紫外及深紫外光探测，避免了Si紫外探测器复杂的光过滤系统的使用；与传统的光电倍增管相比，AlGaN紫外探测器具有全固态，无需制冷系统等优势。近年来，由于国内外的许多研究组都纷纷将研究重心转移到AlGaN基紫外及深紫外光电材料和器件的研究上，所以在AlGaN基紫外及深紫外探测器研究方面取得了一定的突破和进展，成功研制了各种结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器，其中，包括金属-半导体-金属结构、肖特基结构和PIN结构的探测器。其中PIN结构探测器具有响应速度快、暗电流低、便于集成等优势被视为最有前景的AlGaN基紫外及深紫外探测器的结构，使得AlGaN基紫外及深紫外探测器备受关注。但是，到目前为止，AlGaN基紫外及深紫外探测器通常利用自上而下的刻蚀工艺来实现，即在蓝宝石等衬底上，利用金属有机化学气相沉积的方法(MOCVD)或者分子束外延的方法(MBE)生长PIN结构的AlGaN基材料外延层，然后通过光刻工艺界定AlGaN基紫外及深紫外探测器光敏面的尺寸，接下来利用干法刻蚀工艺刻蚀台面。由于生长AlGaN基材料的衬底为蓝宝石等绝缘衬底，因此AlGaN基光电子器件和微电子器件需采用平面结构。对于自上而下依次为P型AlGaN-I型AlGaN-N型AlGaN-衬底的结构材料而言，需要通过刻蚀工艺刻蚀至N型AlGaN基材料，获得PIN结构台面。然后利用介电材料，如SiO2对刻蚀台面进行钝化，以减少漏电通道，最后，通过分别在P型AlGaN和N型AlGaN材料上制备欧姆接触电极，完成AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列。其中，AlGaN基材料刻蚀工艺困难，由于AlGaN基材料化学稳定性好，湿法腐蚀及一般的干法腐蚀所用气体均无法与AlGaN基材料反应，AlGaN基材料的刻蚀气体为反应活性高的Cl2等，而Cl2是有毒气体，因此AlGaN基材料刻蚀存在安全隐患和环境污染隐患。此外，AlGaN基材料的刻蚀对刻蚀系统要求苛刻，需要整个系统均需耐腐蚀系统。而且，刻蚀后的AlGaN基材料台面存在很多漏电通道，需要进一步做钝化处理，增加了AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的工艺难度。因此，如果能够通过有效的手段解决AlGaN基材料的刻蚀问题，将大大推动AlGaN基紫外及深紫外探测器的发展和应用。
技术实现思路
本专利技术针对目前利用自上而下制备AlGaN基紫外及深紫外探测器过程中刻蚀气体为Cl2和BCl3等有毒气体、台面刻蚀工艺复杂和台面刻蚀后漏电严重的技术问题，提供一种利用自下而上的方式生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，通过调节AlGaN基材料的生长参数，生长后获得的AlGaN基材料直接为PIN结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列。本专利技术提供的一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，包括以下步骤：(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料；(2)在N型AlGaN基材料表面制备掩膜材料；(3)刻蚀掩膜材料，制备AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列生长窗口；(4)通过选择外延，在AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的生长窗口上依次生长I型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料；(5)分别在N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料上制备欧姆接触电极，得到PIN结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列。优选的，步骤(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料所用的衬底为蓝宝石、硅或碳化硅。优选的，步骤(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料的生长方法为金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)或者分子束外延法(MBE)。在衬底上生长N型AlGaN基材料的生长方法采用“两步生长法”生长AlGaN基材料，通过调整N型AlGaN材料生长的工艺参数，主要包括源流量、生长温度、III-VI比、反应室压强等，获得不同组分和掺杂浓度的N型AlGaN基材料。优选的，步骤(2)在N型AlGaN材料表面制备掩膜材料，掩膜材料为SiO2或TiN。掩膜材料需具备以下条件：a)掩膜材料能够有效阻止后续外延的AlGaN在其表面生长；b)在二次选择外延N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料时，掩膜材料不与AlGaN基材料反应。优选地，步骤(2)在N型AlGaN基材料表面制备掩膜材料的方法为等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。优选的，步骤(3)中生长窗口的制备方法包括光刻和刻蚀掩膜材料的步骤。步骤(3)所述的光刻胶为通用光刻胶，根据不同AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的单元器件尺寸，界定AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的单元器件的生长窗口。优选的，步骤(3)中掩膜材料的刻蚀方法为干法刻蚀或者湿法刻蚀。通过刻蚀工艺刻蚀掩膜材料，获得AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的生长窗口。优选的，步骤(4)选择外延所用的方法为金属有机化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)。通过调整源流量、掺杂剂流量、生长温度及反应室压强等工艺参数，在AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的生长窗口区的N型AlGaN基材料上依次生长I型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料。优选的，步骤(5)分别在N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料上制备欧姆接触电极的方法包括套刻、蒸镀金属电极和退火的步骤，完成AlGaN基紫外级深紫外探测器阵列的N型AlGaN欧姆接触电极和P型AlGaN欧姆接触电极的制备。本专利技术利用自下而上的方式直接生长PIN结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，避免了传统的自上而下，通过刻蚀工艺制备AlGaN基探测器阵列中Cl2等有毒气体的使用，简化了AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的工艺流程，刻蚀后不存在漏电通道的问题。该方法工艺简单，重复性强，利于推广，为研制高性能AlGaN基PIN结构紫外探测器提供了新思路。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法流程图；图2为本专利技术提供的自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的结构示意图。附图标记说明：1、衬底；2、N型AlGaN基材料；3、掩膜材料；4、生长窗口；5、I型AlGaN基材料；6、P型AlGaN基材料；7、N型AlGaN欧姆接触电极；8、P型AlGaN欧姆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料；(2)在N型AlGaN基材料表面制备掩膜材料；(3)利用光刻胶刻蚀掩膜材料，制备AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列生长窗口；(4)通过选择外延，在AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的生长窗口上依次生长I型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料；(5)分别在N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料上制备欧姆接触电极，得到PIN结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列。

【技术特征摘要】
1.一种自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料；(2)在N型AlGaN基材料表面制备掩膜材料；(3)利用光刻胶刻蚀掩膜材料，制备AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列生长窗口；(4)通过选择外延，在AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的生长窗口上依次生长I型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料；(5)分别在N型AlGaN基材料和P型AlGaN基材料上制备欧姆接触电极，得到PIN结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列。2.根据权利要求1所述的自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，其特征在于，步骤(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料所用的衬底为蓝宝石、硅或碳化硅。3.据权利要求1所述的自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，其特征在于，步骤(1)在衬底上生长N型AlGaN基材料的生长方法为金属有机化合物气相沉积法或者分子束外延法。4.据权利要求1所述的自下而上生长AlGaN基紫外及深紫外探测器阵列的方法，其特征在于，步骤(2)所述掩膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎大兵，孙晓娟，贾玉萍，刘贺男，宋航，李志明，陈一仁，蒋红，张志伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22