三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法，光电晶体管探测器件由下往上依次包括衬底（101）、缓冲层或过渡层（102）、非故意掺杂层（103）、施主掺杂层（104）、第二非故意掺杂层（105）、受主掺杂层（106）、受主与施主共掺杂层（107）、第三非故意掺杂层（108）、合金组分渐变层（109）、较大禁带宽度材料的施主掺杂层（110）以及接触层（111）。本发明专利技术具备低缺陷密度、工作电压低、增益高、暗电流低、探测灵敏度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
三族氮化物材料具有直接带隙、电子饱和速率高、发光效率高、热导性能好、化学性质稳定、物理硬度大、介电常数小以及耐高温等特点，使其成为制备光电探测器件的重要半导体材料。同时，三族氮化物彼此之间可以形成多元合金材料，通过调节多元合金组分可以实现从紫外到近红外波段的光电探测。正是由于三族氮化物材料具有上述这些特点，最近几十年里三族氮化物技术得到了快速发展，制备出了一系列性能良好的光电探测器件，如光电导器件、肖特基管、雪崩光电二极管以及光电晶体管等。 就目前的技术而言，相对于其它光电探测器件，三族氮化物光电晶体管探测器可在较低的偏压下(一般在10 V以下)下获得较高的增益，同时制备器件所要求的晶体质量相对容易实现，器件工作的可靠性也相对较高。这些优点使得三族氮化物光电晶体管探测器成为近些年半导体光电探测器的热点，特别是紫外光电探测器研究领域的关注点之一。1998 年，美国 APA 公司的 Wei Yang 等人在文章 High gain GaN/AlGaN heterojunctionphototransistor (1998 年 8 月 Applied Physics Letters, Vol. 73,No. 7)中，报道了具有高增益的背入射式GaN基紫外光电晶体管探测器的成功研制。该光电晶体管是一种光线背入射的结构，而采用背入射的方式需要(1).选用对入射光透明的衬底；(2).在衬底上先生长禁带宽度更大的三族氮化物或其多元合金材料作为窗口层。这种外延结构在衬底的采用上仅限于可透射紫外光的衬底。此外，其外延生长从衬底界面开始就需要沉积更宽带隙的合金材料，对生长技术要求高，而且难以保证材料的晶体质量。2001年，日本大阪气体公司的 Robert Mouillet 等人在文章 Photoresponse and Defect Levels of AlGaN/GaNHeterobipolar Phototransistor Grown on Low-Temperature AlN Interlayer (Jpn. J.AppI. Phys, Vol. 40, pp. L498-L501)中介绍了正入射的方式的AlGaN/GaN异质结紫外光电探测器，但是由于基极(P-GaN)以上结构采用的是相同禁带宽度的n-GaN材料作为集电极端，因此器件的光吸收效率和光生载流子产生效率都会受到影响。而在M. L. Lee等人在 2008 年的 Ultraviolet bandpass Al0.17Ga0.83N/GaN hetero junction phototransitorswith high optical gain and high rejection ratio (Applied Physics Letters,Vol. 92，053506)研究中，虽然采用正入射方式并设置了宽禁带宽度的AlGaN材料作为窗口层，改善了入射光的吸收，但是其基本结构是发射极端光入射，入射光需穿过次发射极U+-GaN)和发射极(n-Al. 17Gaa 83N)而到达基极和集电极，因此减弱了器件对光信号的响应。同时，该结构中发射极AlGaN能带与基极GaN能带之间的带阶较大,不利于光生载流子在器件内部的输运。另一方面，总结当前GaN基光电晶体管探测器的研究报道，其工作都是集中在器件的光入射结构和工作原理上，对n-p-n型光电晶体管制备中一个不容忽视的问题，即P型基极的受主掺杂(通常采用Mg)所带来的记忆效应没有采取解决措施，因而会影响后续外延结构的生长。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的提供一种低缺陷密度、工作电压低、增益高、暗电流低、探测灵敏度高的三族氮化物基光电晶体管探测器件；同时，本专利技术还提供了所述三族氮化物基光电晶体管探测器件的制作方法。为实现上述目的，本专利技术的主要技术方案为一种三族氮化物基光电晶体管探测器件，其特征在于，由下往上依次包括衬底、缓冲层或过渡层、非故意掺杂层、施主掺杂层、第二非故意掺杂层、受主掺杂层、受主与施主共掺杂层、第三非故意掺杂层、合金组分渐变层、较大禁带宽度材料的施主掺杂层以及接触层。衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、三族氮化物衬底、硅衬底、砷化镓衬底、铝酸锂衬底、镓酸锂衬底、氧化镁衬底；缓冲层或过渡层为低温或者高温生长的三族氮化物或其多元合金，其厚度介于5nm到500nm之间。非故意掺杂层为高温生长的三族氮化物或其多元合金，其厚度介于O. Ium到5um 之间； 第二非故意掺杂层为O. Ium到Ium厚的非故意掺杂三族氮化物或其多元合金,作为三族氮化物基光电晶体管的次发射极； 第三非故意掺杂层为O. Ium到Ium厚的非故意掺杂三族氮化物或其多元合金，作为三族氮化物基光电晶体管的光吸收层。施主掺杂层，作为三族氮化物基光电晶体管的发射极，其为O. Ium到3um厚的施主型掺杂三族氮化物或其多元合金，施主掺杂浓度介于IXIO17至IX 102°cm_3之间。受主掺杂层，作为三族氮化物基光电晶体管的基极，其为O. Ium到Ium厚的受主型掺杂三族氮化物或其多元合金，受主掺杂浓度介于IXIO16至I X IO19CnT3之间。受主与施主共掺杂层，其为5nm到500nm厚的受主与施主共掺杂三族氮化物或其多元合金，受主掺杂浓度介于IXIO16至IXIO19CnT3之间，施主掺杂浓度介于IXIO17至I X IO2tlCnT3之间，受主掺杂浓度比施主掺杂浓度高。合金组分渐变层为5nm到150nm厚的非故意掺杂三族氮化物或其多元合金，其组分从第三非故意掺杂层的合金组分逐渐变化至较大禁带宽度材料的施主掺杂层的合金组分，组分的渐变形式为线性的或非线性的。较大禁带宽度材料的施主掺杂层的禁带宽度较第三非故意掺杂层大；较大禁带宽度材料的施主掺杂层的厚度介于20nm到500nm之间，施主掺杂浓度介于I X IO17至lX102°cm_3之间；较大禁带宽度材料的施主掺杂层为三族氮化物基光电晶体管的集电极，与可透射光信号的窗口层。接触层为5nm到IOOnm厚的施主型重掺杂三族氮化物或其多元合金，施主掺杂浓度介于I X IO17至I X 102°cm_3之间，其施主掺杂浓度较施主掺杂层以及较大禁带宽度材料的施主掺杂层高。同时，本专利技术还提供一种三族氮化物基光电晶体管探测器件的制作方法，在衬底上采用外延生长方法依次生长出所述的三族氮化物基光电晶体管探测器件的外延结构，夕卜延生长方法采用金属有机物化学气相沉积、分子束外延以及氢化物气相外延，具体包括以下步骤(1)将衬底置于反应腔内； (2)在衬底上低温或者高温生长缓冲层或过渡层； (3)在缓冲层或过渡层上高温生长非故意掺杂层； (4)在非故意掺杂层上依次生长施主掺杂层、第二非故意掺杂层及受主掺杂层,施主掺杂层、第二非故意掺杂层及受主掺杂层构成三族氮化物基光电晶体管的第一个Pn结；其中，施主掺杂层作为晶体管的发射极，第二非故意掺杂层作为晶体管的次发射极，受主掺杂层作为晶体管的基极； (5)在受主掺杂层上生长受主与施主共掺杂层； (6)受主与施主共掺杂层生长结束后，停止通入三族源5s至1800s， 期间保持五族N源持续通入； (7)在受主与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三族氮化物基光电晶体管探测器件，其特征在于，由下往上依次包括衬底（101）、缓冲层或过渡层（102）、非故意掺杂层（103）、施主掺杂层（104）、第二非故意掺杂层（105）、受主掺杂层（106）、受主与施主共掺杂层（107）、第三非故意掺杂层（108）、合金组分渐变层（109）、较大禁带宽度材料的施主掺杂层（110）以及接触层（111）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江灏，陈英达，乐广龙，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：