[發明專利]基于GaN的光電集成器件及其制備方法、外延結構

有效

• 申請號: 201510353140.1
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN104900747B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 陳一峰
• 申請（專利權）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105;H01L31/0304;H01L27/144
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 胡川

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種基于GaN的光電集成器件及其制備方法、外延結構。

背景技術

GaN(氮化鎵)作為第三代半導體的典型代表，具有高功率、高效率、高工作溫度等特點，已廣泛地應用于電力轉換、微波通信等各個領域。目前，太空通信、長距離的無線傳感大多采用微波通信方式。

GaN基PIN光電探測器具有以下優點：不吸收可見光，不需要濾光系統，可探測紫外光；不需要做成淺結，可大大提高量子效率；耐高溫，抗輻射能力強，可在極端環境下正常工作。因此，GaN基PIN光電探測器可廣泛應用于宇宙探測、火災預警、海面漏油探測、工業溫度控制等領域，而這些領域一直以來是人們關注的重點。

為了進一步增加芯片功能，提高集成度，簡化系統，降低尺寸和成本，目前采用光集成技術。光光集成和光電集成是光集成技術的兩種方式。光光集成以集成光路為代表,從體結構的組合到以光波導形式實現光調制器和光開關等。光電集成指光子器件和電子器件均集成在同一襯底上得到光電集成電路。光光集成相對難度較小，而光電集成由于涉及結構兼容性、材料兼容性、工藝兼容性等一系列問題，一直是研究難點和重點。而將GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT(高功率電子遷移晶體管)集成在一起，使得以下無線探測技術路線成為可能：由PIN光電探測器作為紫外光探測器，進行太空探測、海面漏油探測、工業溫度控制、火災預警等安防探測，最后由晶圓級集成的GaN基HEMT將信號放大后通過天線發射出去，以傳遞相關信息。

然而，GaN雖然在快速發展，但是僅為短短10年，加之光電集成難度較大，因此，目前GaN基PIN光電探測器方面的研究剛剛興起，亟需在GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT的光電集成方面取得突破。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種基于GaN的光電集成器件及其制備方法、外延結構，能夠實現GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT之間的集成。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種基于GaN的光電集成器件，包括：襯底；成核層，所述成核層形成在所述襯底上；GaN溝道層，所述GaN溝道層形成在所述成核層上；AlGaN肖特基勢壘層，所述AlGaN肖特基勢壘層形成在所述GaN溝道層上，且所述AlGaN肖特基勢壘層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；隔離區，所述隔離區從所述AlGaN肖特基勢壘層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內部；其中，在所述隔離區一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上由下而上依次形成有器件隔離層、N⁺-GaN層、i-AlGaN層、P-AlGaN層和P⁺-GaN層，所述N⁺-GaN層上形成有N型電極，所述P⁺-GaN層上形成有P型電極，在所述隔離區另一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上形成有柵電極、源電極和漏電極，并且所述N型電極與所述N⁺-GaN層之間、所述P型電極與所述P⁺-GaN層之間以及所述源電極和漏電極與所述AlGaN肖特基勢壘層之間均形成歐姆接觸。

優選地，所述襯底的厚度為50～1000微米，且所述襯底材料為Si、SiC、GaN、Diamond和藍寶石中的一種或多種。

優選地，所述成核層的厚度為10～500納米，且所述成核層材料為AlN和/或AlGaN。

優選地，所述GaN溝道層的厚度為1～3微米，且所述GaN溝道層與所述成核層構成異質結。

優選地，所述AlGaN肖特基勢壘層的厚度5～200納米，所述AlGaN肖特基勢壘層與所述GaN溝道層構成異質結，且所述AlGaN肖特基勢壘層中AlGaN的化學式為Al_XGa_1-XN，其中，X為0.1～0.5。

優選地，所述器件隔離層的厚度為20～1000納米，且所述器件隔離層材料為氮化物介質薄膜。

優選地，所述N⁺-GaN層的厚度為500～1500納米，摻雜濃度大于或等于1×10¹⁷cm^-3；所述P⁺-GaN層的厚度小于或等于50納米，摻雜濃度大于或等于1×10¹⁸cm^-3。