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1、(10)申请公布号 CN 102832286 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 2 8 6 A *CN102832286A* (21)申请号 201210335097.2 (22)申请日 2012.09.12 H01L 31/108(2006.01) H01L 31/18(2006.01) (71)申请人中国电子科技集团公司第三十八研 究所 地址 230031 安徽省合肥市高新技术开发区 香樟大道199号 (72)发明人谢峰 陆海 王国胜 郭进 (74)专利代理机构安徽汇朴律师事务所 34116 代理人胡敏 (54) 发明名称 一种垂直结构双工作模式。
2、紫外探测器及其制 备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种垂直结构双工作模式紫外 探测器及其制备方法，该垂直结构双工作模式紫 外探测器包括衬底、缓冲层、欧姆电极、宽禁带半 导体光吸收层、肖特基电极、绝缘介质钝化层、接 触电极，其中，垂直结构双工作模式紫外探测器工 作时：接触电极与欧姆电极加反向偏压或不加偏 压时，垂直结构双工作模式紫外探测器工作在耗 尽模式；当接触电极与欧姆电极加正向偏置电压 时，垂直结构双工作模式紫外探测器的工作模式 从肖特基势垒型的耗尽模式转变为光电导模式， 垂直结构双工作模式紫外探测器表现出较高的增 益，具体为增益因子10。本发明的优点在于：具 有工作可靠性高、制备工艺简。
3、单，无需刻蚀等优 点。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种垂直结构双工作模式紫外探测器， 其特征在于， 其包括 ： 衬底 （101） ； 缓冲层 （102） ， 其设置在衬底 （101） 上 ； 欧姆电极 （104） ， 其设置在衬底 （101） 的底部 ； 宽禁带半导体光吸收层 （103） ， 其设置在缓冲层 （102） 上 ； 肖特基电极 （105） ， 其设置在宽禁带半导体光吸收层 （103） 上 ； 绝 缘 介 质 钝 化 层 。
4、（106） ， 其 覆 盖 在 肖 特 基 电 极 （105） 的 表 面 上， 绝 缘 介 质 钝 化 层 （106） 上开设有能显露肖特基电极 （105） 的引线孔 ； 接 触 电 极 （107） ， 其 设 置 在 绝 缘 介 质 钝 化 层 （106） 上， 并 延 伸 至 引 线 孔 内 而 与 肖 特 基 电 极 （105） 连接， 其中， 垂直结构双工作模式紫外探测器工作时 ： 接 触 电 极 （107） 与 欧 姆 电 极 （104） 加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外探测器工作在耗尽模式 ； 当 接 触 电 极 （107）。
5、 与 欧 姆 电 极 （104） 加 正 向 偏 置 电 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探测器表现出较高的增益， 具体为增益因子 10。 2.如 权 利 要 求 1所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器， 其 特 征 在 于， 宽 禁 带 半 导 体 光吸收层 （103） 的禁带宽度应大于 3.1eV， 且具有高阻特性， 具体为电阻率值 10 6 cm， 宽 禁带半导体光吸收层 （103。
6、） 的厚度介于 50nm到 1mm之间。 3.如 权 利 要 求 2所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器， 其 特 征 在 于， 宽 禁 带 半 导 体 光吸收层 （103） 采用的材料选自以下的至少一种 ： GaN， AlN， ZnO， MgO及其三元或四元合金 材料， SiC， Diamond， TiO 2 。 4.如 权 利 要 求 1所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器， 其 特 征 在 于， 绝 缘 介 质 钝 化 层 （106） 的厚度介于 1nm到 50m 之间， 绝缘介质钝化层 （106） 采用介质钝化材料， 其选自 。
7、SiO x ， SiN x ， Al 2 O 3 ， AlN， polyimide。 5.一 种 如 权 利 要 求 1所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 其 特 征 在 于， 该制备方法包括以下步骤 ： 1)在 衬 底 （101） 上 外 延 生 长 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 晶 片 的 外 延 层， 外 延 层 结 构在衬底 （101） 上从下到上依次为缓冲层 （102） 、 宽禁带半导体光吸收层 （103） ； 2)采 用 半 导 体 微 加 工 工 艺 制 作 金 属 接 触 电 极 结 构， 包 括 。
8、制 备 欧 姆 电 极 （104） 和 肖 特 基 电极 （105） ， 制备得到的欧姆电极 （104） 位于高掺杂的衬底 （101） 上， 肖特基电极 （104） 位于 宽禁带半导体光吸收层 （103） 上 ； 3)在 制 备 了 肖 特 基 电 极 结 构 的 半 导 体 芯 片 表 面 覆 盖 绝 缘 介 质 钝 化 层 （106） ， 并 通 过 半 导体微加工工艺在肖特基电极 （105） 上面刻蚀出引线孔 ； 4)采 用 半 导 体 微 加 工 工 艺 制 作 接 触 电 极 （107） ， 得 到 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器。 6.如 权 利 要 求 5。
9、所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 其 特 征 在 于， 宽 禁带半导体光吸收层 （103） 可采用同质外延方式制备， 亦可采用异质衬底 外延制备。 7.如 权 利 要 求 6所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 其 特 征 在 于， 如 权 利 要 求 书CN 102832286 A 2/2页 3 采用异质衬底时， 要求衬底 （101） 和缓冲层 （102） 的材料与宽禁带半导体光吸收层 （103） 的 材料之间的晶格失配应小于 25%， 缓冲层 （102） 的厚度应控制在 0到 100。
10、m 之间。 8.如 权 利 要 求 5所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 其 特 征 在 于， 宽 禁带半导体光吸收层 （103） 采用的材料选自以下的至少一种 ： GaN， AlN， ZnO， MgO及其三元 或四元合金材料， SiC， Diamond， TiO 2 。 9.如 权 利 要 求 5所 述 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 其 特 征 在 于， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 （103） 的 禁 带 宽 度 应 大 于 3.1eV， 且 具 有 高 阻 特 性， 具 体。
11、 为 电 阻 率 值 10 6 cm， 宽禁带半导体光吸收层 （103） 的厚度介于 50nm到 1mm之间。 10.如权利要求 5所述的垂直结构双工作模式紫外探测器的制备方法， 其特征在于， 绝 缘介质钝化层 （106） 的厚度介于 1nm到 50m 之间， 绝缘介质钝化层 （10 6） 采用介质钝化材 料， 其选自 SiO x ， SiN x ， Al 2 O 3 ， AlN， polyimide。 权 利 要 求 书CN 102832286 A 1/5页 4 一种垂直结构双工作模式紫外探测器及其制备方法 技术领域 0001 本 发 明 属 于 半 导 体 光 电 子 器 件 技 术 领 。
12、域， 涉 及 一 种 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 及 其 制 备 方 法， 具 体 为 一 种 垂 直 结 构 偏 置 电 压 选 择 的 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 及 其 制 备 方 法。 背景技术 0002 紫 外 探 测 技 术 是 继 红 外 和 激 光 探 测 技 术 之 后 发 展 起 来 的 又 一 军 民 两 用 的 光 电 探 测技术。 军事领域 ：紫外探测技术最直接的应用是导弹预警与跟踪， 紫外探测器是通过探测 导弹羽烟中的紫外线辐射来探测目标并为地面武器装备提供预警。 民用领域 ：在医学、 生物 学方面， 特别是近几年在皮肤病诊断。
13、方面， 紫外探测技术有着独特的应用效果。 利用紫外探 测 技 术 在 检 测 诊 断 皮 肤 病 时 可 直 接 看 到 病 变 细 节， 也 可 用 来 检 测 癌 细 胞、 微 生 物、 血 红 素、 红血球、 白血球、 细胞核等， 这些检测不但迅速、 准确、 而且直观清楚。 在食品药品安全方面， 通 常 利 用 紫 外 辐 射 代 替 化 学 物 质 杀 死 微 生 物 与 细 菌， 因 此 可 以 采 用 紫 外 探 测 器 对 食 品 药 品 包 装、 医 疗 器 械、 饮 用 水 及 工 业 废 水 的 消 毒 进 行 有 效 的 监 测。 另 外， 高 灵 敏 的 紫 外 探 测。
14、 器 还 广泛用于火焰传感、 臭氧检测、 激光探测、 荧光分析以及天文学研究等诸多领域。 0003 宽 带 隙 半 导 体 紫 外 探 测 器 的 长 波 截 止 波 长 小 于 400nm， 在 可 见 光 和 红 外 范 围 内 没 有 响 应， 这 对 在 红 外 和 可 见 光 背 景 下 探 测 紫 外 辐 射 具 有 特 殊 的 意 义。 紫 外 探 测 器 经 历 了 过 去 几 十 年 的 发 展， 已 经 涌 现 了 如 ：光 电 导、 金 属 半 导 体 金 属、 肖 特 基 势 垒 和 p-i-n型 的 紫 外 探 测 器 结 构。 在 上 述 结 构 中， 光 电 导 。
15、探 测 器 引 人 注 目 之 处 在 于 具 有 高 的 响 应 度 并 且 制 作 简 单， 适 合 于 应 用 在 低 成 本 的 紫 外 光 监 测 方 面 （ 例 如 火 焰 传 感 ） ， 但 是 该 类 器 件 通 常 具 有 高 的 暗 电 流， 而 且 高 的 光 电 导 增 益 往 往 严 重 限 制 器 件 的 带 宽， 使 得 器 件 响 应 速 度 较 慢， 响 应 具有非线性， 并且对亚带隙的光有明显的响应。 肖特基势垒和 p-i-n结构具有低暗电流、 高 响 应 速 度 的 特 性， 适 合 于 高 速 的 紫 外 探 测， 但 这 两 种 结 构 器 件 理 论。
16、 上 不 存 在 增 益， 在 探 测 微 弱光信号方面不如光电导型器件。 发明内容 0004 本 发 明 的 目 的 在 于 研 制 了 一 种 具 有 垂 直 结 构 的 偏 置 电 压 选 择 的 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 及 其 制 备 方 法。 这 种 探 测 器 的 特 点 在 于 可 通 过 在 器 件 上 加 不 同 的 偏 置 电 压 极 性， 在 一 个 器 件 中 实 现 两 种 工 作 模 式， 即 反 向 偏 压 和 零 偏 压 下 的 耗 尽 模 式 以 及 正 向 偏 压 下 的 光 电 导模式。 0005 本发明通过如下技术方案予以实现 ： 000。
17、6 一种垂直结构双工作模式紫外探测器， 其包括 ：衬底 101；缓冲层 102， 其设置在衬 底 101上 ；欧姆电极 104， 其设置在衬底 101的底部 ；宽禁带半导体光吸收层 103， 其设置在 缓 冲 层 102上 ；肖 特 基 电 极 105， 其 设 置 在 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103上 ；绝 缘 介 质 钝 化 层 106， 其 覆 盖 在 肖 特 基 电 极 105的 表 面 上， 绝 缘 介 质 钝 化 层 106上 开 设 有 能 显 露 肖 特 基 电 极 105的引线孔 ；接触电极 107， 其设置在绝缘介质钝化层 106上， 并延伸至引线孔内而与肖。
18、特 说 明 书CN 102832286 A 2/5页 5 基电极 105连接， 0007 其 中， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 工 作 时 ： 当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104 加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 工 作 在 耗 尽 模 式 ；当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104加 正 向 偏 置 电 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式，。
19、 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 表 现 出 较 高 的 增益， 具体为增益因子 10。 0008 作 为 上 述 方 案 的 进 一 步 改 进， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103的 禁 带 宽 度 应 大 于 3.1eV， 且具有高阻特性， 具体为电阻率值 10 6 cm， 宽禁带半导体光吸收层 103的厚度介 于 50nm到 1mm之间。 0009 作 为 上 述 方 案 的 进 一 步 改 进， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103采 用 的 材 料 选 自 以 下 的 至少一种 ： GaN， AlN， ZnO， MgO及其三元或四元合金。
20、材料， SiC， Diamond， TiO 2 。 0010 作为上述方案的进一步 改进， 绝缘介质钝化层 106的厚度介于 1nm到 50m 之间， 绝缘介质钝化层 106采用介质钝化材料， 其选自 SiO x ， SiN x ， Al 2 O 3 ， AlN， polyimide。 0011 本 发 明 还 提 供 一 种 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 制 备 方 法， 该 垂 直 结 构 双 工 作模式紫外探测器包括 ：衬底 101；缓冲层 102， 其设置在衬底 101上 ；欧姆电极 104， 其设置 在衬底 101的底部 ；宽禁带半导体光吸收层 103，。
21、 其设置在缓冲层 102上 ；肖特基电极 105， 其设置在宽禁带半导体光吸收层 103上 ；绝缘介质钝化层 106， 其覆盖在肖特基电极 105的 表 面 上， 绝 缘 介 质 钝 化 层 106上 开 设 有 能 显 露 肖 特 基 电 极 105的 引 线 孔 ；接 触 电 极 107， 其 设置在绝缘介质钝化层 106上， 并延伸至引线孔内而与肖特基电极 105连接， 0012 其 中， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 工 作 时 ： 当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104 加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 。
22、模 式 紫 外 探 测 器 工 作 在 耗 尽 模 式 ；当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104加 正 向 偏 置 电 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 表 现 出 较 高 的 增益， 具体为增益因子 10， 0013 该制备方法包括以下步骤 ： 0014 1） 在衬底 101上外延生长垂直结构双工作模式紫外探测器晶片的外延层， 外延层 结构在衬底 101上从下到上依次为缓冲层 102、 宽禁。
23、带半导体光吸收层 103； 0015 2） 采用半导体微加工工艺制作金属接触电极结构， 包括制备欧姆电极 104和肖特 基电极 105， 制备得到的欧姆电极 104位于高掺杂的衬底 101上， 肖特基电极 104位于宽禁 带半导体光吸收层 103上 ； 0016 3） 在 制 备 了 肖 特 基 电 极 结 构 的 半 导 体 芯 片 表 面 覆 盖 绝 缘 介 质 钝 化 层 106， 并 通 过 半导体微加工工艺在肖特基电极 105上面刻蚀出引线孔 ； 0017 4） 采 用 半 导 体 微 加 工 工 艺 制 作 接 触 电 极 107， 得 到 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 。
24、外 探 测 器。 0018 作 为 上 述 方 案 的 进 一 步 改 进， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103可 采 用 同 质 外 延 方 式 制 备， 亦可采用异质衬底外延制备。 0019 作为上述方案的进一步改进， 如采用异质衬底时， 要求衬底 101和缓冲层 102的材 料与宽禁带半导体光吸收层 103的材料之间的晶格失配应小于 25%， 缓冲层 102的厚度应控 制在 0到 100m 之间。 说 明 书CN 102832286 A 3/5页 6 0020 作 为 上 述 方 案 的 进 一 步 改 进， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103采 用 的 材 料 。
25、选 自 以 下 的 至少一种 ： GaN， AlN， ZnO， MgO及其三元或四元合金材料， SiC， Diamond， TiO 2 。 0021 作 为 上 述 方 案 的 进 一 步 改 进， 宽 禁 带 半 导 体 光 吸 收 层 103的 禁 带 宽 度 应 大 于 3.1eV， 且具有高阻特性， 具体为电阻率值 10 6 cm， 宽禁带半导体光吸收层 103的厚度介 于 50nm到 1mm之间。 0022 作为上述方案的进一步改进， 绝缘介质钝化层 106的厚度介于 1nm到 50m 之间， 绝缘介质钝化层 106采用介质钝化材料， 其选自 SiO x ， SiN x ， Al 2。
26、 O 3 ， AlN， polyimide。 0023 本 发 明 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 及 其 制 备 方 法 的 优 点 在 于 ：具 有 工 作 可 靠性高、 制备工艺简单， 无需刻蚀等优点。 附图说明 0024 图 1为本发明垂直结构偏置电压选择的双工作模式紫外光电探测器结构示意 图。 0025 图 2为 本 发 明 实 施 例 的 光 电 流、 暗 电 流 随 电 压 的 变 化 关 系， 图 中， 横 坐 标 为 偏 置 电 压 （V） ， 纵坐标为电流 （A） 。 0026 图 3a为 本 发 明 实 施 例 处 于 反 向 偏 置 以 及 。
27、零 偏 下 的 耗 尽 工 作 模 式 时 的 光 谱 响 应 曲 线 （a） ， 图中， 横坐标为入射光波长， 单位 ： nm， 纵坐标为光谱响应度， 单位 ： A/W。 0027 图 3b为 本 发 明 实 施 例 处 于 正 向 偏 置 下 的 光 电 导 工 作 模 式 时 的 光 谱 响 应 曲 线 （b） ， 图中， 横坐标为入射光波长， 单位 ： nm， 纵坐标为光谱响应度， 单位 ： A/W。 具体实施方式 0028 为 了 使 本 发 明 的 目 的、 技 术 方 案 及 优 点 更 加 清 楚 明 白， 以 下 结 合 附 图 及 实 施 例， 对 本发明进行进一步详细说明。
28、。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0029 如图 1所示， 本发明的垂直结构双工作模式紫外探测器包括衬底 101、 缓冲层 102、 宽禁带半导体光吸收层 103、 一欧姆电极 104和一肖特基电极 105。 衬底 101上依次为缓冲 层 102、 宽禁带半导体光吸收层 103， 欧姆电极 104制作在衬底上， 肖特基电极 105制作在半 导体光吸收层上。 双工作模式紫外探测器设有肖特基电极的一侧覆盖绝缘介质钝化层 106， 绝缘介质钝化层 106上对应肖特基电极设有引线孔， 通过引线孔引出接触电极 107。 0030 具体地说， 垂直结构双工。
29、作模式紫外探测器包括 ： 0031 衬底 101； 0032 缓冲层 102， 其设置在衬底 101上 ； 0033 欧姆电极 104， 其设置在衬底 101的底部 ； 0034 宽禁带半导体光吸收层 103， 其设置在缓冲层 102上 ； 0035 肖特基电极 105， 其设置在宽禁带半导体光吸收层 103上 ； 0036 绝缘介质钝化层 106， 其覆盖在肖特基电极 105的表面上， 绝缘介质钝化层 106上 开设有能显露肖特基电极 105的引线孔 ； 0037 接触电极 107， 其设置在绝缘介质钝化层 106上， 并延伸至引 线孔内而与肖特基电 极 105连接， 0038 其中， 垂直。
30、结构双工作模式紫外探测器工作时 ： 说 明 书CN 102832286 A 4/5页 7 0039 当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫外探测器工作在耗尽模式 ； 0040 当 接 触 电 极 107与 欧 姆 电 极 104加 正 向 偏 置 电 压 时， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式， 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 探测器表现出较高的增益， 具体为增益因。
31、子 10。 0041 上 述 偏 置 电 压 选 择 的 垂 直 结 构 双 工 作 模 式 紫 外 光 电 探 测 器 的 制 备 方 法， 包 括 以 下 步骤 ： 0042 1)在 同 质 或 异 质 衬 底 上 外 延 生 长 宽 禁 带 半 导 体 薄 膜 材 料， 可 以 是 单 层 膜， 也 可 以 是 多 层 膜， 其 基 本 特 征 是 最 上 层 膜 为 禁 带 宽 度 大 于 3.1eV， 并 且 具 有 高 阻 特 性， 其 电 阻 率 值 10 6 cm， 最上层膜的厚度介于 50nm到 1mm之间 ；宽禁带半导体材料包括 GaN， AlN， ZnO， MgO及其三元。
32、或四元合金材料， SiC， Diamond， TiO 2 等。 0043 2)利 用 半 导 体 微 加 工 工 艺 在 衬 底 背 面 制 作 欧 姆 接 触 电 极 ； 在 半 导 体 有 源 层 上 制 作肖特基接触电极， 肖特基电极可以采用多种形态， 如圆环型、 方形以及叉指型等。 0044 3)肖特基电极表面覆盖钝化层和抗反射膜， 用来提高器件的可靠性以及增加器件 的光吸收效率， 其厚度介于 1nm到 10m 之间。 0045 4)器 件 两 端 加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 器 件 工 作 在 耗 尽 模 式 ；当 器 件 两 端 加 正 向 偏 置 电 压 时， 。
33、器 件 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式， 器 件 表 现 出 较高的增益， 增益因子 10。 0046 下 面 通 过 具 体 实 施 例 ：基 于 高 阻 GaN同 质 外 延 材 料 的 偏 置 电 压 选 择 的 双 工 作 模 式 紫外探测器来说明本发明的实施， GaN基双工作模式紫外探测器的制作过程如下 ： 0047 1)所 用 的 衬 底 材 料 是 采 用 氢 化 物 气 相 外 延 技 术 在 蓝 宝 石 衬 底 上 外 延 生 长 的 300m的 GaN材料， 之后通过激光剥离技术所获得得自支撑 GaN体衬底。
34、， 霍尔测量表明其室 温电阻率约为 0.01 cm。采用金属有机物化学气相淀积方法外延生长器件结构， 包括 ： 1m的 Si掺杂的 n + GaN过渡层 （ 掺杂浓度 310 18 cm 3 ） 和 3m的非故意掺杂器件有源层， 其电阻率 6.010 7 cm ； 0048 2)对生长好的外延片进行标准的半导体清洗工艺 ； 0049 3)采用电子束蒸发在整个衬底的背面蒸镀 Ti（10nm） /Al（70nm） /Ti（10nm） /Au （100nm） 的金属层， 并在 N 2 氛围中 750C快速热退火 60s形成欧姆接触 ； 0050 4)清 洗 后， 再 次 通 过 电 子 束 蒸 发 。
35、的 方 法 在 材 料 表 面 淀 积 半 透 明 的 肖 特 基 接 触 电 极， 电极采用 Ni（5nm） /Au（5nm） 双层金属， 肖特基电极采用圆形结构， 其直径为 200m； 0051 5)接下来在整个肖特基电极表面淀积一层 150nm厚的 SiO 2 介质层作为钝化层， 这 层介质层同时起到抗反射的作用 ； 0052 6)腐 蚀 出 引 线 孔 后， 通 过 电 子 束 蒸 发 淀 积 双 层 Ti（40nm） /Au（100nm） 作 为 接 触 电极， 完成整个器件制作。 0053 所 制 得 的 偏 置 选 择 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器， 其 工 作 过 程。
36、 如 下 ：在 两 电 极 间 加 反 向 偏 压 或 不 加 偏 压 时， 器 件 工 作 在 耗 尽 模 式 ； 当 器 件 两 电 极 间 加 正 向 偏 置 电 压 时， 器 件 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式， 器 件 表 现 出 较 高 的 增 益， 增 益 因 子 10。 0054 下面通过以下实验装置对器件进行测试， 其测试方法和结果如下 ： 说 明 书CN 102832286 A 5/5页 8 0055 双 工 作 模 式 紫 外 探 测 器 的 光 电 流、 暗 电 流 以 及 光 谱 响 应 通 过 Ke。
37、ithley 4200电 流 源表进行测量， 精确度可达到 1fA。 光源为 500W的氙灯， 由单色仪进行分光， 单色光的强度 通过一个标准的紫外增强硅基探测器进行校准。 测试得到的器件暗电流和光电流如图 2所 示。 0056 从 图 2中 可 以 看 出， 反 向 偏 置 电 压 下 器 件 表 现 出 极 低 的 暗 电 流。 例 如， 在 5V的 反向偏压下， 暗电流仅约 0.5pA， 这对应于 1.410 9 A/cm 2 的低电流密度。 即使在 50V高 的反向偏压下， 器件的暗电流依然低于 5pA。 同时在反向偏置下器件表现出极高的光电流 / 暗电流之比， 5V的反向偏压下约 6。
38、个量级。 而且从图中可以观察到器件在正向偏压下工 作 时 的 暗 电 流 也 比 较 低， 在 5V的 正 向 偏 压 下 仅 约 50nA， 并 且 在 正 向 偏 置 电 压 下， 依 然 能 观 察到相对高的光电流 /暗电流之比， 例如， 正向偏压 5V时光电流 /暗电流之比约为 600， 这 说明器件可以 工作在正向偏压下， 此时器件的工作方式为光电导模式。 0057 图 3a与 图 3b给 出 了 器 件 的 光 电 响 应 曲 线。 器 件 在 不 同 偏 置 电 压 下 的 响 应 度 在 365nm处均有一明显的截止边， 这对应于 GaN材料的禁带宽度。 如果定义 365nm和。
39、 400nm的 响应度之比为器件的紫外 /可见抑制比， 那么器件在 5V的反向偏置电压下其抑制比高达 6000。 在 0V偏压下， 器件的紫外 /可见抑制比依然高于 2000。 当器件两端加正向偏置电压 时， 器 件 的 工 作 模 式 从 肖 特 基 势 垒 型 的 耗 尽 模 式 转 变 为 光 电 导 模 式。 光 谱 响 应 曲 线 同 样 在 365nm处有一明显的截止边， 这对应于 GaN材料的带隙， 同时， 器件的响应峰值出现在 365nm 处， 相应的 5V偏压下的响应度高达 214A/W， 紫外 /可见抑制比超过 250， 这比传统的光电导 探测器的直流抑制比 （100） 要高出很多。 0058 以 上 所 述 仅 为 本 发 明 的 较 佳 实 施 例 而 已， 并 不 用 以 限 制 本 发 明， 凡 在 本 发 明 的 精 神和原则之内所作的 任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102832286 A 1/1页 9 图 1 图 2 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图CN 102832286 A 。