[發(fā)明專利]GaN基光伏探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)的電子學(xué)檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010101896.4
• 申請(qǐng)日: 2010-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN101769941A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李天信;殷豪;夏輝;陸衛(wèi);包西昌;胡偉達(dá);李寧;李志峰;陳效雙;李向陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01Q60/30
• 分類號(hào): G01Q60/30
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料器件的檢測(cè)技術(shù)，具體是指一種GaN基光伏探測(cè) 器器件結(jié)構(gòu)中電子學(xué)分布特征的測(cè)量分析方法。

背景技術(shù)

GaN基紫外探測(cè)器在航空及航天跟蹤與控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)與預(yù)警、醫(yī)療衛(wèi)生 與生物工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。其中，以p-n結(jié)和p-i-n 結(jié)為代表的結(jié)型光伏探測(cè)器結(jié)構(gòu)由于具有響應(yīng)速度快、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為 GaN基探測(cè)器的主流器件結(jié)構(gòu)，尤其在紫外焦平面器件中被廣泛采用。在決定 GaN基光電探測(cè)器工藝效果和器件性能的因素中，GaN及AlGaN功能材料的 電子學(xué)特性如實(shí)際結(jié)電場(chǎng)分布、表面態(tài)密度、缺陷和雜質(zhì)電子特性的影響至關(guān) 重要；特別是與材料缺陷相關(guān)的電子學(xué)行為在GaN基探測(cè)器中的影響比常用 的硅基紫外器件中的影響要顯著得多。因此，對(duì)GaN基器件結(jié)構(gòu)的表面和體 內(nèi)電子學(xué)分布特性進(jìn)行有效地表征，對(duì)于優(yōu)化工藝、改善器件性能有積極意義。

目前，針對(duì)GaN光伏型探測(cè)器性能的表征通常是采用宏觀的電流-偏壓 (I-V)、電容-偏壓(C-V)等電學(xué)測(cè)量方法，I-V方法能夠檢測(cè)器件的暗電流 等特性，并通過數(shù)值擬合對(duì)其起源進(jìn)行分析；而電容-偏壓(C-V)方法可用于 檢測(cè)材料的界面電荷。另一方面，通過光電子能譜(UPS，XPS，AES)等技術(shù) 分析材料的表面成分和原子價(jià)態(tài)，可以獲得半導(dǎo)體的表面電子結(jié)構(gòu)等信息。這 些方法給出的是GaN材料器件的綜合電學(xué)、電子學(xué)特征，而半導(dǎo)體光伏探測(cè) 器件通常包含p-n結(jié)等空間電場(chǎng)顯著遞變的區(qū)域，這類器件的臺(tái)面單元其側(cè)壁 的電子能態(tài)受體內(nèi)能帶(電場(chǎng))分布的影響，在結(jié)區(qū)附近，表面電子態(tài)的荷電 狀況會(huì)出現(xiàn)劇烈變化；這些表面電荷及其引起的表面電場(chǎng)對(duì)器件結(jié)構(gòu)中光生少 數(shù)載流子的分布、壽命都有直接的影響，從而左右器件的光電響應(yīng)性能；加上 GaN基III-V族半導(dǎo)體是較為公認(rèn)的表面態(tài)密度高而且復(fù)雜的材料體系，因此 需要高空間分辨能力的電子學(xué)分析手段。

本發(fā)明基于掃描探針顯微技術(shù)，通過對(duì)GaN光伏探測(cè)器結(jié)構(gòu)的表面-針尖 相對(duì)電勢(shì)差空間分布的測(cè)量，結(jié)合數(shù)值模擬，直接給出器件側(cè)壁表面各區(qū)域的 電荷密度，器件內(nèi)部和表面電場(chǎng)等分布信息，從而為器件性能的分析和優(yōu)化提 供重要的參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有分析技術(shù)的不足，提供一種適用于GaN基紫外光伏探 測(cè)器結(jié)構(gòu)的電子學(xué)檢測(cè)方法。該探測(cè)器結(jié)構(gòu)至少包括一襯底、一p型層和一n 型層，其中p型層和n型層可以是GaN或AlGaN材料。本方法可以直接為臺(tái) 面器件提供側(cè)壁和上表面各位置處的表面電荷密度、電場(chǎng)分布等信息。本發(fā)明 的依據(jù)是器件結(jié)構(gòu)的表面能帶分布主要由功能材料體內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的 表面電荷密度共同決定的；因而對(duì)材料結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)確定的器件結(jié)構(gòu)，通過考 慮表面電荷影響的數(shù)值模型計(jì)算得到表面能帶分布，并與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)值進(jìn)行比對(duì) 擬合，可以獲得器件表面電荷密度的空間分布，同時(shí)可以由模擬結(jié)果得出如表 面和體內(nèi)的電場(chǎng)分布等信息。

此方法首先檢測(cè)GaN基器件結(jié)構(gòu)表面相對(duì)導(dǎo)電針尖的電勢(shì)及其分布。包 括：在器件結(jié)構(gòu)上表面蒸鍍金屬并退火制作形成歐姆接觸電極，其中，如果上 表面層為n型結(jié)構(gòu)，則蒸鍍的金屬電極為Ti/Al；如果上表面層為p型結(jié)構(gòu)， 則蒸鍍的金屬電極為Ni/Au。然后劃片獲得光潔平整表面，再以歐姆接觸電極 作為公共電極，測(cè)量器件的上表面和剖面深度方向，包含不同摻雜區(qū)域和材料 組分層表面相對(duì)導(dǎo)電針尖的電勢(shì)q_eV_sp，dev及其分布，該相對(duì)表面電勢(shì)分布可以由 掃描探針顯微鏡的表面電勢(shì)成像模式測(cè)得。

其次，對(duì)得到的相對(duì)表面電勢(shì)分布進(jìn)行定標(biāo)，獲得器件結(jié)構(gòu)的表面能帶分 布。包括：測(cè)量一種金屬(金Au或者鉑Pt)光潔表面和導(dǎo)電針尖之間的相對(duì) 表面電勢(shì)q_eV_sp，m；再根據(jù)公式E_c＝φ_m-q_eV_sp，m+q_eV_sp，dev-χ確定GaN基探測(cè)器器件結(jié) 構(gòu)表面任一處的導(dǎo)帶相對(duì)費(fèi)米能級(jí)的位置E_c，其中φ_m代表定標(biāo)金屬的功函數(shù)， χ表示器件各層材料的電子親和能。