一种肖特基型异质结光电探测器及其制备方法与流程

本发明涉及光电探测器，尤其涉及一种肖特基型异质结光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、随着爱因斯坦对光电效应的发现，光电探测器相关的研究已经趋于成熟，但传统的光电探测器仍有很多局限性，像噪声高、灵敏度低、对环境的适应性差以及光学结构设计复杂等缺点。得益于科技的发展，宽带隙半导体材料在紫外光探索领域已逐步展现出极高的价值。以gan为代表的第三代半导体材料因其高的光吸收系数、理想的光谱选择性，有直接带隙较宽，击穿场强高，热稳定性好，辐射强度高，响应率高等物理化学性质，被广泛应用于发光二极管，功率器件，光电探测器等器件中。

2、虽然gan作为宽带隙半导体，被发现拥有良好的紫外光响应性能，但大多数器件受限于gan材料本身的暗电流过大，导致器件光开关比较低，进而影响探测器其它性能指标。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，至少克服一个，提出了一种肖特基型异质结光电探测器及其制备方法。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、本技术提供一种肖特基型异质结光电探测器，包括：衬底、u型gan层、绝缘层、金属材料层、源电极以及漏电极；

4、所述u型gan层设置在所述衬底上方；

5、所述绝缘层设置在所述u型gan层上方，所述绝缘层上形成有多个开孔，所述开孔使所述绝缘层上暴露出u型gan层；

6、所述金属材料层设置在所述开孔内，并与所述u型gan层接触形成肖特基异质结；

7、所述源电极设置在所述u型gan层上方；

8、所述漏电极设置在所述金属材料层上方，所述漏电极一端堆叠在所述绝缘层上，另一端堆叠在所述金属材料层上，所述漏电极与所述u型gan层不接触，所述漏电极与所述源电极之间互不相连。

9、金属材料层设置在所述开孔内，金属材料层与u型gan层接触形成肖特基异质结，器件可以表现出自供电的性能，肖特基异质结可以抑制gan材料的暗电流，从而使本发明的探测器具有较高的响应度以及光开关比。

10、关于现有的光电探测器，大多数仍局限在形成小吸光面积器件的研究上，这不利于将一些高性能探测器商业化应用和推广。通过在绝缘层上形成多个开孔，多个开孔内分别设置金属材料层，使得金属材料层周侧均为绝缘层；漏电极一端堆叠在绝缘层上，另一端堆叠在金属材料层上，使得器件的吸光面积大大增加，便于高性能探测器的商业化应用和推广。

11、进一步的，所述金属材料层的材料为al，所述绝缘层的材料为si3n4或sio2。

12、al与u型gan层形成肖特基异质结，使本发明的肖特基型异质结光电探测器对暗噪声中光信号的出色识别能力。在不同的紫外入射光功率密度下，特别是超小的光功率密度下，也可展现出较大的光响应电流。使得本发明制备的光电探测器可运用于紫外光电探测领域。

13、所述绝缘层用于使漏电极不会与u型gan层接触。

14、进一步的，所述源电极为ti/al电极，ti/al电极包括ti层以及al层，源电极的ti层设置在靠近所述u型gan层一侧，源电极的ti层厚10nm～50nm；源电极的al层设置在ti层的上方，源电极的al层厚100nm～500nm；

15、所述漏电极为ti/al电极，ti/al电极包括ti层以及al层，漏电极的ti层设置在靠近所述绝缘层与所述金属材料层一侧，漏电极的ti层厚10nm～50nm；漏电极的al层设置在ti层的上方，漏电极的al层厚100nm～500nm。

16、实际使用时，还可以将源电极和漏电极设置成不对称电极结构，即源电极为al电极，漏电极为ti/al电极。

17、进一步的，还包括gan缓冲层，所述gan缓冲层为n型gan，所述gan缓冲层设置在所述衬底与所述u型gan层之间；

18、所述衬底为al2o3衬底、sic衬底或者si衬底；

19、所述gan缓冲层的厚度为1μm～1.2μm；

20、所述u型gan层的厚度为5μm～8μm；

21、所述绝缘层的厚度为100nm～300nm；

22、所述金属材料层的厚度为100nm～400nm。

23、进一步的，所述gan缓冲层的载流子浓度在-2×1019cm-3至-5×1019cm-3之间；

24、所述u型gan层的载流子浓度在-2×1016cm-3至-8×1016cm-3之间。

25、本技术还提供一种肖特基型异质结光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

26、提供衬底；

27、通过金属有机物化学气相沉积法在所述衬底上方依次形成包括gan缓冲层以及u型gan层的外延片，并对所述外延片进行清洗以去除有机物；

28、通过低压化学气相沉积法在所述u型gan层上方形成绝缘层；

29、通过等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作出源电极安装面，所述源电极安装面设置在所述u型gan层上；使用等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作开孔，所述开孔使所述绝缘层上暴露出u型gan层；

30、通过电子束蒸发沉积法在所述开孔内沉积金属材料层，金属材料层与所述u型gan层接触形成肖特基异质结；

31、通过等离子刻蚀技术在所述金属材料层以及金属材料层周侧的绝缘层上制作漏电极安装面，并在所述漏电极安装面通过电子束蒸发沉积形成漏电极，在所述源电极安装面通过电子束蒸发沉积形成源电极；

32、所述漏电极一端堆叠在所述绝缘层上，另一端堆叠在所述金属材料层上，所述漏电极与所述u型gan层不接触，所述漏电极与所述源电极之间互不相连。

33、使用等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作开孔以及制作源电极安装面时，适当延长刻蚀处理的时间，使u型gan层也被进行等离子刻蚀处理，从而减小gan材料的暗电流。

34、通过在绝缘层上形成多个开孔，多个开孔内分别设置金属材料层，使得金属材料层周侧均为绝缘层；漏电极一端堆叠在绝缘层上，另一端堆叠在金属材料层上，使得器件的吸光面积大大增加，便于高性能探测器的商业化应用和推广。

35、进一步的，通过等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作出源电极安装面以及使用等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作开孔后，还包括分别对露出的u型gan层进行离子刻蚀处理，进行离子刻蚀处理用于使u型gan层的电阻增大；

36、使用离子刻蚀技术进行刻蚀时，刻蚀气体为sf6以及o2，sf6与o2的流量分别设置为100sccm以及20sccm。

37、实际使用时，使用icp对绝缘层进行刻蚀的刻蚀时间根据绝缘层的厚度设定。

38、进一步的，制作出源电极安装面、漏电极安装面以及开孔之前，还包括分别通过光刻制作出源电极安装面、漏电极安装面以及开孔。

39、进一步的，源电极安装面的形状呈矩形环结构，所述源电极安装面包括多个，多个源电极安装面在所述绝缘层上间隔设置；

40、所述开孔的形状呈矩形，开孔包括多个，开孔间隔设置在所述矩形环内部。

41、进一步的，所述漏电极朝向所述源电极的一侧设置有向外的凸块，凸块设置在所述金属材料层上，源电极远离凸块一端设置在所述绝缘层上且横截面面积大于凸块端。

42、凸形设置的漏电极可以使电极更易于收集电流，也使电信号更容易被捕捉和放大，提高了光电探测器的灵敏度，也有助于提高信号的质量和稳定性。

43、进一步的，所述金属材料层的材料为al，所述金属材料层的厚度为100nm～400nm；

44、所述绝缘层的材料为si3n4或sio2，所述绝缘层的厚度为100nm～300nm；

45、所述衬底为al2o3衬底、sic衬底或者si衬底；

46、所述gan缓冲层的厚度为1μm～1.2μm，所述gan缓冲层的载流子浓度在-2×1019cm-3至-5×1019cm-3之间；

47、所述u型gan层的厚度为5μm～8μm，所述u型gan层的载流子浓度在-2×1016cm-3至-8×1016cm-3之间；

48、所述漏电极为ti/al电极；所述源电极为ti/al电极。

49、本发明的有益效果是：

50、(1)通过在绝缘层上阵列多个金属材料al与u型gan材料形成的肖特基型异质结光电探测器，使得器件的吸光面积大大增加，便于高性能探测器的商业化应用和推广。

51、(2)使用等离子刻蚀技术在所述绝缘层上制作开孔以及制作源电极安装面时，适当延长刻蚀处理的时间，使u型gan层也被进行等离子刻蚀处理，在减小gan材料的暗电流的同时，还可以简化工艺使操作便捷。

52、(3)凸形设置的漏电极可以使电极更易于收集电流，也使电信号更容易被捕捉和放大，提高了光电探测器的灵敏度，也有助于提高信号的质量和稳定性。