叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器及其制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010373617.3

(22)申请日 2020.05.06

(71)申请人 南京冠鼎光电科技有限公司

地址 210046 江苏省南京市栖霞区南京经

济技术开发区恒泰路汇智科技园B2栋

1006室

(72)发明人 仲大佑　雷建明　郭慧　胡利群　

张廷志　张开骁　

(74)专利代理机构 江苏斐多律师事务所 32332

代理人 张佳妮

(51)Int.Cl.

H01L 29/778(2006.01)

H01L 29/423(2006.01)

H01L 29/207(2006.01)

H01L 21/335(2006.01)

(54)发明名称

叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器及其

制备方法

(57)摘要

本发明公开了一种叉指状p -GaN栅结构HEMT

型紫外探测器，其中所述p -GaN层在AlGaN层上呈

往复式折线型分布，在AlGaN层台面设有多根平

行的横向p -GaN线，且通过纵向p -GaN线将所有平

行的p -GaN线首尾相连，形成一根完整的p -GaN

线，p -GaN线将AlGaN层台面分割成两个部分；还

包括设置在AlGaN层上的欧姆接触电极，所述欧

姆接触电极为叉指结构，线形的叉指部分生长在

横向p -GaN线之间，与横向p -GaN线平行。本发明

叉指型的电极和特殊的p -GaN设计减小了电极间

距，增加有效受光面积，提高样品利用率，提高了

器件的光增益。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 111524973 A 2020.08.11

C N 111524973

A

1.一种叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其结构自下而上依次包括：

衬底层；

GaN缓冲层；

i-GaN层；

非故意掺杂AlGaN层；

p-GaN层；

其特征在于：所述p-GaN层在AlGaN层上呈往复式折线型分布，在AlGaN层台面设有多根平行的横向p-GaN线，且通过纵向p-GaN线将所有平行的p-GaN线首尾相连，形成一根完整的p-GaN线，p-GaN线将AlGaN层台面分割成两个部分；

还包括设置在AlGaN层上的欧姆接触电极，所述欧姆接触电极为叉指结构，线形的叉指部分生长在横向p-GaN线之间，与横向p-GaN线平行。

2.根据权利要求1所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其特征在于：所述p-GaN线的宽度为1～2μm，厚度为100～150nm，相邻的横向p-GaN线间距为4～8μm。

3.根据权利要求2所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其特征在于：所述p-GaN层的Mg掺杂浓度为1×1019～5×1019cm–3。

4.根据权利要求1所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其特征在于：GaN缓冲层的厚度为15～25nm，i-GaN层的厚度为1～3μm。

5.根据权利要求1所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其特征在于：所述AlGaN厚度为12～15nm，Al组分20％～25％。

6.根据权利要求1所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，其特征在于：所述欧姆接触电极为Ti/Au/Ni/Au多层金属，叉指部分线宽为2～4μm，与横向p-GaN线的间距为1～3μm。

7.权利要求1-6所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器的制备方法，其步骤包括：

(1)准备样品，所述样品结构为：在衬底层上依次生长有GaN缓冲层、i-GaN层、非故意掺杂AlGaN层、p-GaN层，清洁样品表面；

(2)隔离台面的刻蚀：在样品表面涂上一层光刻胶，然后曝光、显影后进行ICP刻蚀，刻蚀至i-GaN层，清除掉光刻胶，形成多个分割的台面结构；

(3)p-GaN线的刻蚀：在样品表面涂上一层光刻胶，然后曝光、显影后进行ICP刻蚀，严格控制刻蚀深度，刻蚀至AlGaN层与p-GaN层的交界处，且确保p-GaN层残余厚度在5nm以下，在每个AlGaN层台面上形成一条p-GaN线；

(4)欧姆接触电极的蒸镀：在样品表面涂上一层反转型光刻胶，然后曝光，再进行泛曝，使用负胶显影液将未曝光部分的光刻胶显影，获得欧姆接触电极的图形，然后蒸镀金属到样品表面，再使用丙酮溶液剥离多余的金属，最后将样品退火，得到欧姆接触电极。

8.根据权利要求7所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中将样品放在超声清洗仪器中超声10min，然后放入盐酸溶液中浸泡10min，最后再依次放入丙酮、酒精和去离子水中进行超声清洗，用氮气枪将样品表面的水分吹干，并置于烘台上将剩余的水分烘干。

9.根据权利要求7或8所述的叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器的制备方法，其特

征在于：步骤(2)中刻蚀完成后将样品放入100℃水浴温度下的KOH溶液中浸泡3min。

叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器及其制备方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

[0002]紫外探测器是基于光电效应的原理，按工作机制不同可分为外光电效应器件和内光电效应器件。外光电效应是指在一定波长的光照下，某些光敏材料中的电子逸出材料表面的现象。这些特定的光敏材料被用作阴极材料来制备光电发射探测器，当光子入射后，电子从阴极光敏材料逃逸，进入真空倍增系统进一步的二次发射实现倍增放大，最后探测到电子并作为电信号输出。这种光电倍增管紫外探测器的各方面性能都是非常高的，不仅探噪声小、探测灵敏度高，而且响应速度快、光谱选择性好，某些高精度的光电倍增器件甚至可以实现单光子探测。然而这类器件也有很多缺点，比如能耗高、体积较大，不易于集成，且成本相对较高，不太适合应用于很多领域。内光电效应是指半导体材料在光照下，电导率发生变化或产生光生电动势的现象，根据变化可分为光电导效应和光伏效应。基于光电导效应的紫外探测器，其主要工作原理为入射光激发半导体材料产生光生载流子使自由载流子浓度提高，从而使材料整体的电导率增大。在一定外加偏压下，获得电流信号，从而实现紫外探测。光伏型器件主要利用半导体的结区(pn结、肖特基结等)进行工作，当光照射结区时产生激子，在内建电场的作用下，光生电子和空穴发生分离，接通电路后形成光电流，在开路条件下也会形成开路电压。不同的工作机制使光电导型和光伏型器件的性能优势也有所不同，对于光电导型器件，器件由于不存在载流子传输势垒，在外加偏压下更容易产生光电导增益，探测器的光电流和响应度相对较高。而对于光伏型器件，由于势垒和耗尽区的存在，光照下器件难以形成增益，即电信号全部由入射的光子所产生，因此光电流相对较低，但好处就是在暗态下载流子同样难以传输，因此器件的暗电流和噪声可以被限制到比较小的水平。

[0003]与基于外光电效应的探测器相比，基于内光电效应的器件结构更简单，体积更小，容易集成并且成本较低，结合已有的成熟的硅、锗、砷化镓等材料工艺，目前一系列应用广泛的内光电效应光电探测器已被研制成功。然而这些工艺成熟的感光材料均为窄带隙材料，在进行紫外探测时，为了避免其他波段的影响，需添加相应的滤波器才能进行有效的紫外探测。而这不仅增加了器件结构的复杂性和器件成本，也会造成一定程度的紫外光损失，使器件的光响应度等性能有所降低。为了避免这些不足，宽禁带半导体材料和紫外探测器的研发成为这一领域十分明确的研究方向。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供一种叉指状p-GaN栅结构HEMT型紫外探测器，工作电压低，暗电流小。

[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现：