[發(fā)明專利]基于懸空p?n結(jié)量子阱的光致晶體管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105633194B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永進(jìn);袁威;高緒敏;蔡瑋;白丹;許銀;朱桂遐;袁煒
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01L31/173
• 分類號: H01L31/173;H01L31/18
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所32241
• 代理人: 劉琦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息材料與器件領(lǐng)域，涉及一種懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管及其制備技術(shù)。

背景技術(shù)

氮化物材料特別是GaN材料，具有更高的禁帶寬度，更大的電子飽和漂移速度，更強(qiáng)的臨近擊穿電場，更高的熱導(dǎo)率以及熱穩(wěn)定性等特性，是制備高頻、高溫、高壓、大功率器件的理想材料。而基于硅襯底氮化物材料的光致晶體管器件，通過利用各向異性硅刻蝕技術(shù)，剝離去除器件結(jié)構(gòu)下硅襯底層，得到基于懸空氮化物薄膜p-n結(jié)量子阱的光致晶體管，進(jìn)一步采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)，獲得超薄的懸空器件。該器件一端的LED光源發(fā)出的光，由另一端的光電探測器感知到，實(shí)現(xiàn)器件的光致晶體管特性；該器件作為兩個(gè)共地的LED光源，獨(dú)立地傳輸被調(diào)制的光信號，實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道發(fā)射；該器件作為兩個(gè)共地的光電探測器，獨(dú)立地感知空間光信號，實(shí)現(xiàn)可見光無線通信的雙通道探測。這為發(fā)展面向可見光無線通信、光傳感的氮化物光子及光學(xué)微電子器件提供了新的方向。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管，將該晶體管一端作為LED光源，另一端作為光電探測器、兩個(gè)共地的LED光源、兩個(gè)共地的光電探測器，分別實(shí)現(xiàn)器件的光致晶體管特性、可見光無線通信的雙通道發(fā)射和可見光無線通信的雙通道探測，本發(fā)明同時(shí)提供一種該晶體管的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管，以硅基氮化物晶片為載體，包括硅襯底層、設(shè)置在所述硅襯底層上的外延緩沖層、設(shè)置在所述外延緩沖層上的兩個(gè)p-n結(jié)量子阱器件；所述p-n結(jié)量子阱器件由n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱、p-GaN層、p-電極和n-電極構(gòu)成，在所述n-GaN層上表面有刻蝕出的階梯狀臺面，所述階梯狀臺面包括下臺面和位于下臺面上的上臺面，所述InGaN/GaN多量子阱、p-GaN層、p-電極從下至上依次連接設(shè)置在上臺面的上方，所述n-電極設(shè)置在下臺面上，為兩個(gè)p-n結(jié)量子阱器件所共用；在所述n-GaN層下方設(shè)置有貫穿硅襯底層、外延緩沖層至n-GaN層中的空腔，使得p-n結(jié)量子阱器件懸空。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中，所述p-電極由依次連接的懸空p-電極區(qū)、p-電極導(dǎo)電區(qū)和p-電極引線區(qū)組成；所述n-電極由相互連接的n-電極導(dǎo)電區(qū)和n-電極引線區(qū)組成，兩個(gè)p-n結(jié)量子阱器件的懸空p-電極區(qū)和部分n-電極導(dǎo)電區(qū)、部分n-電極引線區(qū)構(gòu)成懸空電極區(qū)，所述空腔位于懸空電極區(qū)的下方。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中，所述p-n結(jié)量子阱器件在硅基氮化物晶片的氮化物層上實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管中，所述p-電極和n-電極均為Ni/Au電極，即沉積的金屬材料為Ni/Au。

本發(fā)明的制備上述基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管的方法，包括以下步驟：

步驟（1）在硅基氮化物晶片背后對硅襯底層進(jìn)行減薄拋光；

步驟（2）在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，采用曝光技術(shù)在光刻膠層上定義出n-GaN臺階區(qū)域，所述n-GaN臺階區(qū)域包括下臺面和上臺面；

步驟（3）采用反應(yīng)離子束刻蝕n-GaN臺階區(qū)域，得到階梯狀臺面；

步驟（4）在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，光刻定義出位于上臺面的p-n結(jié)量子阱器件的p-電極窗口區(qū)域、位于下臺面的p-n結(jié)量子阱器件的n-電極窗口區(qū)域，然后在所述p-電極窗口區(qū)域與n-電極窗口區(qū)域分別蒸鍍Ni/Au，形成歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)p-電極與n-電極，去除殘余光刻膠后，即得到p-n結(jié)量子阱器件；

步驟（5）在硅基氮化物晶片頂層涂膠保護(hù)，防止刻蝕過程中損傷表面器件，在硅基氮化物晶片的硅襯底層下表面旋涂一層光刻膠層，利用背后對準(zhǔn)技術(shù)，定義出一個(gè)對準(zhǔn)并覆蓋p-n結(jié)量子阱器件懸空部分的背后刻蝕窗口；

步驟（6）將外延緩沖層作為刻蝕阻擋層，利用背后深硅刻蝕技術(shù)，通過背后刻蝕窗口將所述硅襯底層貫穿刻蝕至外延緩沖層的下表面；

步驟（7）采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)，從下往上對外延緩沖層和n-GaN層進(jìn)行氮化物減薄處理，形成一個(gè)空腔；

步驟（8）去除殘余光刻膠，獲得基于懸空p-n結(jié)量子阱的光致晶體管器件。

進(jìn)一步的，本發(fā)明制備方法中，所述步驟（4）中的蒸鍍Ni/Au，采用剝離工藝和溫度控制在5005℃的氮?dú)馔嘶鸺夹g(shù)實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明制備方式中，步驟（7）中的氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)為離子束轟擊或反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)。