專利名稱：一種高靈敏度紫外探測器的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種紫外探測器的制備方法，尤其涉及一種基于寬禁帶半導體材料的高靈敏度、信噪比紫外探測器的制備方法。
背景技術：
紫外探測器是常見的廣泛應用于軍事和民用等方面的探測器，具有重要的作用。 在軍事上，紫外探測器應用在紫外通訊、生化分析和早期的導彈預警等方面；在民用上，可用于如明火探測、生物醫藥的分析、臭氧監測、海上油監、太陽照度監測、公安偵察等。靈敏度和探測率是紫外探測的重要性能指標。一直以來，高靈敏度紫外探測器多采用的是光電倍增管，但這種類型的探測器具有體積大、工作電壓高的缺點，半導體探測器的研究尤其寬禁帶半導體的發展使得探測器像小型化、低功耗和高集成度發展。多年來，人們通過設計各種結構來提高半導體紫外探測器的靈敏度和探測率。寬禁帶半導體紫外探測器是當今紫外探測器尤其是日盲段紫外探測器的主要研究方向，具有體積小、功耗小、無需低溫冷卻和虛警率低的優點，并可以通過調節材料組分改變響應的波長范圍。同時，寬禁帶半導體材料面臨著材料生長困難、P型材料難摻雜和歐姆接觸接觸電阻高的問題。有鑒于此，肖特基型紫外探測器成為一種可行的結構方案，并具有工藝簡單、響應速度快和更容易制備陣列探測器的優點。但是，傳統的肖特基型紫外探測器的空間電荷區在小電壓下較小，降低了其靈敏度和探測效率。采用表面柱陣列的結構，可以在不增大像素單元的前提下增大空間電荷區的有效感光面積，進而提高肖特基型紫外探測器的靈敏度和探測效率，彌補其不足之處。而如何從制備工藝角度出發，簡化工藝步驟， 降低紫外探測器生產成本，便是本領域技術人員一個重要的技術特破口。

發明內容
本發明的目的是提出一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，通過選用合適的工藝方法設計制造合適尺寸和周期的表面柱陣列結構，對入射光信號進行篩選，提高探測器的信噪比。本發明的目的，將通過以下技術方案得以實現
一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于包括步驟
I、在藍寶石襯底上通過Si的原位摻雜生長制備η型GaN摻雜層，并在η型GaN摻雜層上生長寬禁帶半導體層；
II、在寬禁帶半導體層上利用掩膜法進行臺階刻蝕，刻蝕臺面外側的歐姆電極區域至η 型GaN摻雜層；
III、在歐姆電極區沉積Ti/Al/Ni/Au復合金屬，并退火形成歐姆接觸；
IV、在步驟II刻蝕所得的寬禁帶半導體層臺面上制備刻蝕掩膜，并利用感應耦合等離子體刻蝕法刻蝕出表面柱陣列，刻蝕深度300 500nm ；
V、利用光刻套準和磁控濺射法在表面柱陣列區域沉積紫外透光導電層，并退火形成肖特基接觸；
VI、利用光刻套準和磁控濺射法分別在歐姆接觸和肖特基接觸表面制備加厚電極，并通過鈍化、引線及封裝后制成紫外探測器。優選的，所述寬禁帶半導體層至少為GaN層，ZnO層，AlxGai_xN層及LxAU層中的一種，其中0 < χ < 1。優選的，步驟IV中制備刻蝕掩膜的方法至少包括對Ni薄膜退火法，涂覆Si02顆粒法，投影式光刻法，納米壓印法及電子束光刻法。優選的，步驟V中所述紫外透光導電層至少為Ga2O3層、G 03/IT0層和SiOx，Ny層， 其中采用本發明制備方法制造的紫外探測器，極大地增大了探測器的比表面積，從而顯著提高了紫外探測器的探測靈敏度和信噪比，進而促進紫外探測器系統向小型化、便攜式和高靈敏兼具的目標發展；同時，該制備方法具有簡化工藝，降低成本的顯著特效。以下便結合實施例附圖，對本發明的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本發明技術方案更易于理解、掌握。


圖1是本發明方法所制得的一種紫外探測器的剖面結構示意圖。
具體實施例方式本發明針對現有紫外探測器在靈敏度差、應用不便和不便攜等缺陷，順應紫外探測器小型化的設計要求。從紫外探測器產品的微型化設計角度出發對生產工藝作出改進。 使得一種具表面柱陣列結構的紫外探測器能得以簡單、低成本的生產制造。針對現有技術的現狀及缺陷分析可得利用刻蝕的方式來制備柱陣列結構，可以將制備過程置于微加工階段，不再依賴于半導體材料的生長，并且可以更靈活的設計柱陣列的結構參數。柱陣列中柱單元的截面尺寸與提高探測器的靈敏度和探測效率成反比，即隨著單元柱截面尺寸的減小，可以更大的提高探測器性能。隨著微加工技術的發展，納米尺度的掩膜制備成為可能。利用對M薄層退火、涂覆SiO2顆粒、投影式光刻、納米壓印及電子束光刻等方式可以獲得納米尺度刻蝕掩膜，再利用感應耦合等離子體刻蝕技術制備出納米尺度的表面柱陣列結構。設計合適的表面柱陣列結構可以降低暗電流提高信噪比。在寬禁帶半導體(GaN、 ZnO, Alx(iai_xN& ^ixAlhN等)的生長過程中，一個普遍的問題就是位錯密度比較高，進而在半導體禁帶中會形成很多陷阱能級，這些陷阱能級會在可見光或紅外光的激發下導致暗電流上升或造成光淬滅現象，嚴重影響紫外探測器的性能。通過設計合適尺寸(IOOnm IOOOnm)和周期的表面柱陣列結構可以對入射光信號進行篩選，提高探測器的信噪比。另外，采用紫外透光的導電材料在表面柱陣列上制備肖特基接觸及電極。對紫外波段的選擇性探測主要通過調節寬禁帶半導體的材料組分來實現，采用紫外透光的導電材料可以避免電極材料對紫外光的吸收造成的探測器分辨率下降。適應表面柱陣列結構的設計，紫外透光導電材料可以通過磁控濺射和化學氣相沉積等方式實現，可選用的材料主要
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有6￡1203、&1203/1110 和 510!￡’乂等，其中—=3. δ。j-為了便于直觀說明，以AlxGai_xN材料體系(其中0 < χ < 1，實際發明可應用于多種半導體材料體系)為例，對本發明制備方法的實施步驟作詳細介紹，以下介紹結合圖1所示的產品剖面結構示意圖。步驟I 以藍寶石為襯底1，并在其上通過Si的原位摻雜生長制備η型GaN摻雜層2，并在η型GaN摻雜層上生長寬禁帶半導體層，即AlxGai_xN層3，其中0<χ<1。而且 Al組分在40%以上，以使材料對紫外的吸收位于日盲段。步驟II 利用投影式光刻技術制備臺階刻蝕掩膜；并利用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕Alx(;ai_xN/n-GaN的歐姆電極區域至η型GaN摻雜層2。步驟III 利用光刻套準和磁控濺射技術在歐姆電極區域沉積Ti/Al/Ni/Au作為歐姆接觸的金屬，并在氮氣氣氛下進行900°C退火處理，形成良好的歐姆接觸4。步驟IV 利用對Ni薄層退火、涂覆SiO2顆粒、投影式光刻、納米壓印及電子束光刻等技術在步驟II刻蝕后的臺面上制備表面柱陣列結構的刻蝕掩膜；
再利用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕出表面柱陣列結構5，刻蝕深度約300 500nmo步驟V 利用光刻套準和磁控濺射技術在表面柱陣列區域沉積紫外透光導電層， 本實施例為Ga203/IT0，通過合適的退火處理形成肖特基接觸6。步驟VI 利用光刻套準和磁控濺射技術分別在歐姆電極和肖特基電極區域制備加厚電極7;經鈍化、引線和封裝后制成具有表面柱陣列結構的肖特基型寬禁帶半導體紫外探測器。采用表面柱陣列結構的紫外探測器能夠在不改變紫外光探測材料面積的情況下增大有效感光面積，提高對紫外弱信號的響應度，使得其相對于傳統的探測器具有更高的靈敏度和探測效率。而且，表面柱陣列的柱截面尺寸越小，對探測器的靈敏度和探測率提高越多。隨著微加工工藝水平的不斷提高，制備納米尺度的表面柱陣列探測面成為可能，進而可以極大的增大比表面積，提高紫外探測器性能。采用本發明方法制備得到的探測器還有利于制備更小像素單元的紫外焦平面陣列，提高紫外成像精度，促進紫外探測器系統向小型化、便攜式和高靈敏的發展。同時該制備方法具有簡化工藝，降低成本的顯著特效。
權利要求
1. 一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于包括步驟1.在藍寶石襯底上通過Si的原位摻雜生長制備η型GaN摻雜層，并在η型GaN摻雜層上生長寬禁帶半導體層；II、在寬禁帶半導體層上利用掩膜法進行臺階刻蝕，刻蝕臺面外側的歐姆電極區域至η 型GaN摻雜層；III、在歐姆電極區沉積Ti/Al/Ni/Au復合金屬，并退火形成歐姆接觸；IV、在步驟II刻蝕所得的寬禁帶半導體層臺面上制備刻蝕掩膜，并利用感應耦合等離子體刻蝕法刻蝕出表面柱陣列，刻蝕深度300 500nm ；V、利用光刻套準和磁控濺射法在表面柱陣列區域沉積紫外透光導電層，并退火形成肖特基接觸；VI、利用光刻套準和磁控濺射法分別在歐姆接觸和肖特基接觸表面制備加厚電極，并通過鈍化、引線及封裝后制成紫外探測器。
2.根據權利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于所述寬禁帶半導體層至少為GaN層，ZnO層，Alx^vxN層及^ixAU層中的一種，其中0 < χ < 1。
3.根據權利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于步驟IV 中制備刻蝕掩膜的方法至少包括對M薄膜退火法，涂覆Si02顆粒法，投影式光刻法，納米壓印法及電子束光刻法。
4.根據權利要求1所述的一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于步驟V中所述紫外透光導電層至少為Ga2O3層、Ga2O3ZUOBm 310!￡，乂層，其中
全文摘要
本發明揭示了一種高靈敏度紫外探測器的制備方法，該方法以調節寬禁帶半導體的材料組分來實現對紫外波段的選擇性探測。特別通過在該寬禁帶半導體制備表面柱陣列結構，再采用紫外透光導電材料沉積并覆蓋表面柱陣列結構區域作為肖特基接觸電極，對入射光信號進行篩選，提高探測的信噪比。采用本發明制備方法制造的紫外探測器，極大地增大了探測器的比表面積，從而顯著提高了紫外探測器的探測靈敏度，進而促進紫外探測器系統向小型化、便攜式和高靈敏兼具的目標發展；同時，該制備方法具有簡化工藝，降低成本的顯著特效。
文檔編號H01L31/18GK102315330SQ20111027909
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者付凱, 劉冬, 劉帆, 張寶順, 李海軍, 楊樂臣, 熊敏 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所