[發明專利]一種三族氮化物基光電晶體管及其制備方法

無效

• 申請號: 201210314694.7
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102820369A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 江灝;陳英達;樂廣龍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及使用三族氮化物或其多元合金材料制備三族氮化物基光電晶體管探測器件的技術領域，尤其涉及使用三族氮化物或其多元合金材料制備具有晶格匹配光透射窗口層的三族氮化物基光電晶體管及其制備方法。

背景技術

在最近幾十年間，三族氮化物半導體材料在外延生長等技術領域上取得了飛速的發展，使其可以制備出一系列性能良好的光電探測三族氮化物基光電晶體管，如三族氮化物光電導探測器、肖特基光電二極管、PIN光電二極管、雪崩光電二極管以及光電晶體管等。在這些類型的光電探測三族氮化物基光電晶體管中，三族氮化物基光電晶體管探測器則由于其可在較低工作電壓下下獲得較高的增益，同時三族氮化物基光電晶體管具有相對較高的工作可靠性而受到了關注。正是由于這些優點，吸引了眾多科研工作者以及廠商的注意。然而，即便如此，仍然有許多問題亟待解決。

回顧目前對于三族氮化物基光電晶體管探測器的研究，如美國APA公司的Wei?Yang等人，在其文章High?gain?GaN/AlGaN?heterojunction?phototransistor（1998年8月Applied?Physics?Letters，Vol.?73，No.?7）中，雖然成功研制出具有高增益的背入射式GaN基紫外光電晶體管探測器，但其為背入射的三族氮化物基光電晶體管結構。采用背入射的方式需要面臨兩大難題：第一，要尋找到對光透射波段透明的襯底；第二，在透明襯底上先生長出寬禁帶寬度更大的三族氮化物或其多元合金材料作為窗口層。這種外延生長方法對生長技術要求高，同時難以獲得較好的晶體質量。

日本大阪氣體公司的Robert?Mouillet等人在其文章Photoresponse?and?Defect?Levels?of?AlGaN/GaN?Heterobipolar?Phototransistor?Grown?on?Low-Temperature?AlN?Interlayer（2001年Jpn.?J.?Appl.?Phys，Vol.?40，pp.?L498-L501）中，雖然采用了正入射的方式，但是由于光透射側采用的是0.6μm的n型GaN材料作集電極層而并沒有設置光透射窗口層，因此光吸收效率較低，影響三族氮化物基光電晶體管的探測靈敏度。

2008年，M.?L.?Lee等人在其文章Ultraviolet?bandpass?Al_0.17Ga_0.83N/GaN?heterojunction?phototransitors?with?high?optical?gain?and?high?rejection?ratio（2008年Applied?Physics?Letters，Vol.?92，053506）中，雖然設置了較寬禁帶寬度的AlGaN材料作為光透射窗口層，避免了材料對光的吸收，但該結構是在GaN結構上生長AlGaN光透射窗口層，兩種材料之間的a軸晶格常數差異大，并非共格生長的外延模式，因此難以獲得較高的三族氮化物基光電晶體管整體晶體質量。

縱觀上述這些研究，或外延生長技術難度大，或采用共格材料造成光吸收，或三族氮化物基光電晶體管整體晶體質量較低，都無法同時兼顧所有方面。因此，不利于三族氮化物基光電晶體管工作性能的提升。

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發明內容

本發明的發明目的是針對現有三族氮化物基光電晶體管的技術不足，提供一種具有晶格匹配光透射窗口層的三族氮化物基光電晶體管。

進一步地，提供一種具有晶格匹配光透射窗口層的三族氮化物基光電晶體管制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案可分為以下兩種：

提供一種三族氮化物基光電晶體管，包括襯底及生長在其上的外延結構，所述外延結構從下至上依次包括非故意摻雜層、施主摻雜層、非故意摻雜層、受主摻雜層、受主與施主共摻雜層、非故意摻雜層、合金組分漸變層、較大禁帶寬度材料的施主摻雜層及接觸層。

其中，所述襯底為碳化硅襯底、三族氮化物襯底；非故意摻雜層作為三族氮化物基光電晶體管的光吸收層；較大禁帶寬度材料的施主摻雜層作為光透射窗口層；較大禁帶寬度材料的施主摻雜層采用與光吸收層材料a軸晶格常數相同、但禁帶寬度大于光吸收層的三族氮化物或其多元合金材料制備。

優選地，所述外延結構還包括緩沖層或過渡層；緩沖層或過渡層生長在襯底上，非故意摻雜層生長在緩沖層或過渡層上。使用碳化硅襯底、三族氮化物襯底等做同質外延生長時，雖不用引入緩沖層亦可，但也可通過導入緩沖層或過渡層來提高晶體質量。