基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于m面4H

【技术实现步骤摘要】
基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，特别涉及一种非极性AlGaN/BN构成的PN结紫外探测器，可用来制作高外量子效率和低缺陷的紫外探测设备。
技术背景
[0002]第一代用于紫外光电探测器的半导体材料是硅，硅的禁带宽度为1.12eV，硅基紫外光电探测器的主要缺点就是暴露在强辐射下会造成器件老化，降低器件使用寿命；此外，作为典型的钝化层的SiO2降低了器件在深紫外区域的外量子效率。另一个的缺点就是器件对低能辐射灵敏度低。而作为第二代紫外光电GaAs基探测器常存在稳定性和重现性等问题。作为第三半导体材料的三元Al
x
Ga
1-x
N材料系统具有3.4eV-6.2eV超宽带隙范围，覆盖介于约360nm和200nm的带边截止值，具有高抗辐射能力和高抗热应力能力，此外，BN材料具有5.9eV的超宽禁带，容易实现p型掺杂。因此，AlGaN/BN构成的PN结在紫外探测领域具有显著优势。
[0003]传统的Ga极性AlGaN基紫外探测器，由于量子限制斯塔克效应的存在而导致强度高达MV/cm量级的极化电场，因此光生载流子在欧姆接触层内垂直于极化电场横向运动至相应的电极会受到极化电场的强烈阻碍，从而使得探测器的外量子效率不高，并且随着AlGaN层Al组分的升高，量子限制斯塔克效应带来的能带弯曲越来越显著，这将直接减少电子波函数的交叠，降低器件的辐射复合效率。此外，在传统c面蓝宝石衬底上外延的AlGaN层，由于与衬底材料之间存在的较大晶格失配和热失配，会引入大量通常作为导电通道的位错和缺陷，当Al组分大于30％以后，外延的AlGaN层甚至会出现裂纹，这直接影响器件的性能和可靠性。传统的AlGaN材料还面临一个问题是p型AlGaN层中Mg的离化率和空穴迁移率会随着Al组分的增加而降低，Mg离化率和空穴迁移率的降低均会导致紫外探测器p型层空穴浓度的大幅度降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对传统紫外探测器的不足，提出一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法，以在提高AlGaN外延层晶体质量的同时，提升器件的空穴浓度和辐射复合效率，获得高性能的紫外探测器。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]1.一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器，其自下而上包括：4H-SiC衬底和n型外延层，该n型外延层上同时设有p型外延层和n型欧姆接触电极，且二者之间存在间距，p型外延层上设有p型欧姆接触电极，其特征在于：
[0007]所述的SiC衬底，其晶面取向为m面；
[0008]所述的n型外延层，采用Al组分为85％-95％，掺杂浓度为10
17-10
18
cm-3
的AlGaN材料；
[0009]所述p型外延层，采用掺杂浓度为10
18-10
20
cm-3
的BN材料。
[0010]进一步，其特征在于，n型AlGaN外延层的厚度为3-4μm。
[0011]进一步，其特征在于，p型BN外延层的其厚度为2-3μm。
[0012]进一步，其特征在于，p型外延层和n型欧姆接触电极的间距为1-1.5um。
[0013]进一步，其特征在于，n型欧姆接触电极的金属厚度为250-290nm，p型欧姆接触电极的金属厚度为100-140nm。
[0014]2.一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015]1)对衬底进行清洗和热处理：
[0016]将m面4H-SiC衬底经过打磨和清洗之后，置于金属有机化学气相淀积MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2
×
10-2
Torr；
[0017]向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到为200-740Torr条件下，将衬底加热到温度为900-1200℃，并保持5-10min，完成对衬底的热处理；
[0018]2)制作PN结：
[0019]2a)在清洗和热处理后的衬底上采用MOCVD工艺生长厚度为3-4μm、Al组分为85％-95％、掺杂浓度为10
17-10
18
cm-3
的n型AlGaN外延层；
[0020]2b)在n型AlGaN外延层上采用MOCVD工艺生长厚度为2-3um、掺杂浓度为10
18-10
20
cm-3
的p型BN外延层；
[0021]3)采用光刻工艺刻蚀掉部分p型BN外延层直至露出n型AlGaN外延层表面；
[0022]4)制作n型欧姆接触电极：
[0023]采用标准光刻工艺在n型AlGaN外延层蒸发溅射金属Ti/Al/Ti/Au多层结构，其中金属Ti的厚度为30-40nm，金属Al的厚度为50-60nm，金属Au的厚度为80-90nm，并在850-950℃的温度下的氢气氛围中快速热退火5-10min，获得n型欧姆接触电极；
[0024]5)制作p型欧姆接触电极：
[0025]采用标准光刻工艺在p型BN外延层上蒸发溅射金属Ni/Au双层结构，其中金属Ni的厚度为40-60nm，金属Au的厚度为60-80nm，并在650-750℃的温度下快速退火3-5min，获得p型欧姆接触电极，完成PN结紫外探测器的制备。
[0026]本专利技术由于采用m面4H-SiC衬底和p型BN外延层制备，与传统的紫外探测器相比，具有如下优点：
[0027]1.能够降低异质外延产生的应力，降低缺陷密度，提高晶体质量，避免外延层因应力过大产生的开裂。
[0028]2.能消除量子限制斯塔克效应，有效提高电子和空穴的辐射复合效率，进而提升器件的外量子效率。
[0029]3.能提高p型层中Mg的离化率和空穴迁移率，提高空穴的输运效率和浓度。
附图说明
[0030]图1是本专利技术PN结紫外探测器的结构图；
[0031]图2是本专利技术制作图1所示PN结紫外探测器的流程示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0033]参照图1，本专利技术的器件结构包括：m面4H-SiC衬底1、n型AlGaN外延层2、p型BN外延层3、n型欧姆接触电极4和p型欧姆接触电极5。该n型AlGaN外延层2的厚度为3-4um、Al组分为85％-95％、掺杂浓度为10
17-10
18
cm-3
，垂直位于m面4H-SiC衬底1上；该p型BN外延层3的厚度为2-3um、掺杂浓度为10
18-10
20
cm-3
，该n型欧姆接触电极4厚度为250-290nm，该p型BN外延层3和n型欧姆接触电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器，其自下而上包括：4H-SiC衬底(1)和n型外延层(2)，该n型外延层上同时设有p型外延层(3)和n型欧姆接触电极(4)，且二者之间存在间距，p型外延层(3)上设有p型欧姆接触电极(5)，其特征在于：所述的SiC衬底(1)，其晶面取向为m面；所述的n型外延层(2)，采用Al组分为85％-95％，掺杂浓度为10
17-10
18
cm-3
的AlGaN材料；所述p型外延层(3)，采用掺杂浓度为10
18-10
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cm-3
的BN材料。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：n型AlGaN外延层(2)，其厚度为3-4μm。3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：p型BN外延层(3)，其厚度为2-3μm。4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：p型外延层(3)和n型欧姆接触电极(4)的间距为1-1.5um。5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于：所述的n型欧姆接触电极(4)，其金属厚度为250-290nm；所述的p型欧姆接触电极(5)，其金属厚度为100-140nm。6.一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对衬底进行清洗和热处理：将m面4H-SiC衬底经过打磨和清洗之后，置于金属有机化学气相淀积MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2
×
10-2
Torr；向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到200-740Torr条件下，将衬底加热到温度为900-1200℃，并保持5-10min，完成对衬底的热处理；2)制作PN结：2a)在清洗和热处理后的衬底上采用MOCVD工艺生长厚度为3-4μm、Al组分为85％-95％、掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晟瑞，许文强，张金风，张雅超，贠博祥，张怡，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：