[發明專利]一種氮化鎵位置靈敏輻射探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710205623.6
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN107093643B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 夏曉川;崔興柱;梁紅偉;梁曉華;劉雅清
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/117;H01L31/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明提供了一種氮化鎵位置靈敏輻射探測器及其制備方法，屬于半導體器件制備技術領域。探測器以半絕緣氮化鎵單晶為襯底，其上依次生長n型氮化鎵層、InGaN插入層、高阻氮化鎵探測靈敏區、圖形化p型氮化鎵層和絕緣介質保護層；其中，InGaN插入層的寬度小于n型氮化鎵層的寬度，InGaN插入層和高阻氮化鎵探測靈敏區的寬度相同；多個圖形化p型氮化鎵層間隔排布在高阻氮化鎵探測靈敏區上，圖形化p型氮化鎵層上制備上歐姆接觸電極，n型氮化鎵層上未被覆蓋區域制備下歐姆接觸電極；圖形化p型氮化鎵層外部為絕緣介質保護層。本發明解決了高性能氮化鎵位置靈敏輻射探測器的制備難題，實現新型氮化鎵位置靈敏輻射探測器的研制。

技術領域

本發明屬于半導體器件制備技術領域，涉及一種基于氮化鎵材料的輻射探測器及其制備方法。

背景技術

以氧化鎵為代表的第三代寬禁帶半導體材料因其禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和漂移速度高、耐腐蝕和抗輻照等突出優點，在高頻、高功率、抗輻射等電子器件方面具有重要應用。GaN帶隙寬度為3.39eV，可以在室溫和更高溫度下穩定存在，同時具有出色的化學穩定性。另外，GaN耐輻照能力為Si的10000倍，具有更好的耐輻照特性。GaN的密度為6.2g/cm³，對于相同的探測能區，可以將GaN探測器做得更薄，提高探測器的靈敏性。GaN材料理論內稟能量分辨率(@60keV)也可達到0.643keV。GaN的這些優異特性使得其成為制備耐高溫、耐輻照探測器的理想材料。然而，目前還未見到制備基于氮化鎵材料的位置靈敏輻射探測器的相關報道。主要原因是：1、高質量氮化鎵單晶襯底在最近才得以研制成功，2、輻射源所發出的粒子或者射線具有極高的穿透能力，在半導體中的能量沉積率低，產生的信號極小，傳統半導體探測器的結構和參數已經不能作為參考，3、氮化鎵是一種新型寬帶隙半導體，其材料特性與傳統半導體不同，需要利用材料特性進行能夠實現位置分辨功能的器件結構創新設計。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述制備氮化鎵位置靈敏輻射探測器過程中所面臨的諸多技術難題，提出一種基于氮化鎵單晶襯底的新型輻射探測器及其制備方法，器件的結構如圖1所示，包括：上接觸電極、圖形化p型氮化鎵層、絕緣介質保護層、高阻氮化鎵探測靈敏區、InGaN插入層、n型氮化鎵層、下接觸電極、半絕緣氮化鎵單晶襯底。

本發明的技術方案：

一種氮化鎵位置靈敏輻射探測器，所述的氮化鎵位置靈敏輻射探測器以半絕緣氮化鎵單晶為襯底，其上依次生長n型氮化鎵層、InGaN插入層、高阻氮化鎵探測靈敏區、圖形化p型氮化鎵層和絕緣介質保護層；其中，InGaN插入層的寬度小于n型氮化鎵層的寬度，InGaN插入層和高阻氮化鎵探測靈敏區的寬度相同；多個圖形化p型氮化鎵層間隔排布在高阻氮化鎵探測靈敏區上，圖形化p型氮化鎵層上制備上歐姆接觸電極，n型氮化鎵層上未被覆蓋區域制備下歐姆接觸電極；圖形化p型氮化鎵層外部為絕緣介質保護層；

所述的絕緣介質護層材料可以是氧化鎵、二氧化硅、氮化鋁或者氮化硅，其厚度為10nm～100μm；

所述的n型氮化鎵層的厚度為100nm～10μm；

所述的InGaN插入層的厚度為10nm～5μm；

所述的高阻氮化鎵探測靈敏區的厚度為1μm～500μm；

所述的圖形化p型氮化鎵層的厚度為10nm～10μm；單個圖形化p型氮化鎵區域的條寬為100nm～100μm，間距范圍為100nm～100μm。

一種氮化鎵位置靈敏輻射探測器的制備方法，步驟如下：

步驟1：在半絕緣氮化鎵單晶襯底上生長n型氮化鎵層；

步驟2：在步驟1所制備的n型氮化鎵層上生長InGaN插入層；

步驟3：在步驟2所制備的InGaN插入層上生長高阻氮化鎵探測靈敏區；