一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极、光探测器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极及其制备方法，该叉指电极以特定的方向位于GaN微米线阵列表面，为肖特基接触的合金电极层，该合金电极层由依次层叠的金属肖特基接触层、金属加厚层、金属黏附层和金属抗氧化层组成；形状上，该叉指电极由高纵横比的双沟道三指头和一对方形pad图形组成，其中第一和第二指头分别连接至第一方形pad图形的两端侧，第三指头连接至第二方形pad图形的中部，第一方形pad图形和第二方形pad图形相对设置，第三指头设置于第一、第二指头之间。金属层的设置提升了其与GaN微米线之间的粘附力，器件的成品率高，且高的纵横比提升了器件响应度和响应速率，降低了暗电流。降低了暗电流。降低了暗电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极、光探测器芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器工艺领域，具体涉及一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极、光探测器芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]紫外探测技术作为一种军民两用技术，在生物检测、环境监测、紫外设备、国防应用等方面有广阔应用前景。近年来，GaN基紫外探测器的开发得到了国内外企业和科研单位关注。目前GaN基紫外探测器的研制集中在平面薄膜结构，高晶体质量、大纵横比，且空间密度、尺寸、掺杂、结构等高度可控的GaN基纳米线阵列结构成为新方向。
[0003]紫外探测器芯片中电极则成为影响其光电性能的重要因素之一，尤其在微米线阵列结构器件中，合理的电极结构能在规定大小的芯片范围内提升光探测的响应度、响应速率和降低暗电流，能大大提高商用器件的探测作用。传统的规则形状平面电极在通常研究领域有很好的应用，但是用于微米线阵列结构器件的芯片中时不能较好的利用光敏面积。因此，发展一种结构合理的电极与GaN微米线阵列相结合十分必要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极，相较于传统的叉指电极，该叉指电极采用不同厚度、依次层叠的金属肖特基接触层、金属加厚层、金属黏附层和金属抗氧化层，更好的提升了电极层与GaN微米线阵列之间的粘附力，且通过该叉指电极特定尺寸的设置，使得该叉指电极具有高的纵横比，能够在满足光探测器芯片面积要求的基础上，提升器件光敏面积，进一步提升器件的响应度、响应速率和降低暗电流。另一方面本专利技术高纵横比的叉指电极图案结合不同金属叠层的设置保障了该光探测器件的成品率。
[0005]另外，该GaN微米线阵列上设置的高质量叉指电极在提高光探测器芯片性能的同时也适合量产，为未来的高性能商用紫外探测器提供了潜在的应用价值。
[0006]基于上述目的，本专利技术至少采用如下技术方案：
[0007]一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极，所述叉指电极以特定的方向位于GaN微米线阵列表面，其特征在于，所述叉指电极为肖特基接触的合金电极层，该合金电极层由依次层叠的金属肖特基接触层、金属加厚层、金属黏附层和金属抗氧化层组成；
[0008]在形状上，所述叉指电极由高纵横比的双沟道三指头和一对方形pad图形组成，其中第一和第二指头分别连接至第一方形pad图形的两端侧，第三指头连接至第二方形pad图形的中部，第一方形pad图形和第二方形pad图形相对设置，第三指头设置于第一、第二指头之间，整体上呈叉指状，其中，所述指头的长度为750～3750μm，宽度为10～30μm，相邻指间距离为5～40μm，其源漏间距为20～80μm。
[0009]进一步地，所述金属肖特基接触层优选Ni层，其厚度为30～60nm；所述金属加厚层
优选Al层，其厚度为500～800nm；所述金属黏附层优选Ni、Ti或Cr层，其厚度为30～50nm；所述金属抗氧化层优选Au或Ag层，其厚度为80～300nm。
[0010]进一步地，所述叉指电极的高纵横比优选10～40；所述方形pad图形的边长为80～120μm；
[0011]优选地，所述指头的长度为750μm；
[0012]优选地，所述指头宽度为20μm；
[0013]优选地，所述指间距为20μm；
[0014]优选地，所述源漏间距为50μm。
[0015]进一步地，所述金属肖特基接触层的厚度优选50nm。
[0016]进一步地，所述金属加厚层的厚度优选800nm。
[0017]进一步地，所述金属黏附层优选Ni金属层，其厚度优选30nm；所述金属抗氧化层优选Au层，其厚度优选120nm。
[0018]进一步地，所述方形pad图形的边长为100μm。
[0019]本专利技术还提供一种基于GaN微米线阵列的光探测器芯片，包含衬底，所述衬底上设置有平行排列的凹槽，所述凹槽的截面呈倒梯形，GaN微米线阵列排布于所述凹槽的侧壁，上述叉指电极设置于所述GaN微米线阵列的表面，所述叉指电极指头的长度方向沿所述GaN微米线阵列排布的方向设置。
[0020]本专利技术还提供一种基于GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极的制备方法，包含以下步骤：
[0021]准备生长有GaN微米线阵列的衬底，该衬底上设置有平行排列的凹槽，所述凹槽的截面呈倒梯形，GaN微米线阵列排布于所述凹槽的侧壁；
[0022]在GaN微米线阵列和衬底的表面形成预定图案的光刻胶层；
[0023]采用真空热蒸镀法在衬底、光刻胶层的表面依次热蒸发厚度为30～60nm的金属肖特基接触层、500～800nm的金属加厚层、30～50nm的金属黏附层和80～300nm的金属抗氧化层；
[0024]选用丙酮或DMF有机溶剂去除光刻胶层形成预定图案的叉指电极；
[0025]其中，热蒸发过程中腔室的气压为1
×
10
–6～3
×
10
–6torr，
[0026]金属肖特基接触层热蒸发的过程中，其初始蒸镀电流为105～115A，随后控制电压稳定在1.8～2.2V之间，蒸镀速率为
[0027]金属加厚层的热蒸发过程中，其初始蒸镀电流为85～100A，初始蒸镀速率为待蒸镀厚度为10～20nm之后，提升蒸镀速率至蒸镀厚度为460～780nm，最后再将蒸镀速率降低至蒸镀厚度为10～20nm；
[0028]金属黏附层的热蒸发过程中，蒸镀速率为
[0029]金属抗氧化层的热蒸发过程中，初始蒸镀电流为90～125A，初始蒸镀速率为蒸镀厚度为10～20nm时，逐步提升蒸镀速率至
[0030]进一步地，优选DMF有机溶剂去除光刻胶层：将所述衬底置于DMF有机溶剂中超声，超声功率为20～60W，温度为40～60℃，时间为10～20min，直至光刻胶脱落，之后用乙醇和水洗净，最后用氮气枪吹干。
[0031]相较于传统的叉指电极，本专利技术在GaN微米线阵列光探测器芯片的基础上，通过对叉指电极材料的选择，以及对其形状和各层材料厚度的设计，使得该叉指电极具有高的纵横比，该高纵横比叉指电极结构简单，易于制备，其与GaN微米线之间的粘附力得以提升，器件的成品率高，光探测器件在响应度和响应速率方面提升，且降低了暗电流。本专利技术提供的制备方法简单易于产业化，器件的成品率高，为未来的高性能商用紫外探测器提供了潜在的应用价值。
附图说明
[0032]图1是本专利技术一实施例的基于GaN微米线阵列的光探测器芯片剖面图
[0033]图2是本专利技术一实施例的基于GaN微米线阵列的光探测器芯片俯视图。
[0034]图3是本专利技术一实施例的叉指电极制备工艺流程图。
[0035]图4是本专利技术一实施例中制备获得的叉指电极位于微米线阵列上的光学显微镜放大图。
[0036]图5是本专利技术一实施例中带有叉指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GaN微米线阵列光探测器芯片叉指电极，所述叉指电极以特定的方向位于GaN微米线阵列表面，其特征在于，所述叉指电极为肖特基接触的合金电极层，该合金电极层由依次层叠的金属肖特基接触层、金属加厚层、金属黏附层和金属抗氧化层组成；在形状上，所述叉指电极是由双沟道三指头和一对方形pad图形组成的高纵横比图案，其中第一和第二指头分别连接至第一方形pad图形的两端侧，第三指头连接至第二方形pad图形的中部，第一方形pad图形和第二方形pad图形相对设置，第三指头设置于第一、第二指头之间，整体上呈叉指状，其中，所述指头的长度为750～3750μm，宽度为10～30μm，相邻指间距离为5～40μm，其源漏间距为20～80μm。2.根据权利要求1的所述叉指电极，其特征在于，所述金属肖特基接触层优选Ni层，其厚度为30～60nm；所述金属加厚层优选Al层，其厚度为500～800nm；所述金属黏附层优选Ni、Ti或Cr层，其厚度为30～50nm；所述金属抗氧化层优选Au或Ag层，其厚度为80～300nm。3.根据权利要求1或2的所述叉指电极，其特征在于，所述叉指电极的高纵横比优选10～40；所述方形pad图形的边长为80～120μm；优选地，所述指头的长度为750μm；优选地，所述指头宽度为20μm；优选地，所述指间距为20μm；优选地，所述源漏间距为50μm。4.根据权利要求2的所述叉指电极，其特征在于，所述金属肖特基接触层的厚度优选50nm。5.根据权利要求2或4的所述叉指电极，其特征在于，所述金属加厚层的厚度优选800nm。6.根据权利要求5的所述叉指电极，其特征在于，所述金属黏附层优选Ni金属层，其厚度优选30nm；所述金属抗氧化层优选Au层，其厚度优选120nm。7.根据权利要求3的所述叉指电极，其特征在于，所述叉指电极的高纵横比优选10，所述方形pad图形的边长为100μm。8.一种基于GaN微米线阵列的光探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：单志远，郑洪仿，陈凯，范凯平，陆绍坚，崔永进，
申请(专利权)人：佛山市国星半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：