[發(fā)明專(zhuān)利]基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011367022.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112542529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉建東;徐陽(yáng);郝景剛;任芳芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京新澳半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/102
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/102;H01L31/0352;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明提出一種基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器及其制備方法，包括：由鎳、金電極構(gòu)成的電極層，絕緣氧化鋁層，及氧化鎵半導(dǎo)體襯底，電極層、絕緣氧化鋁層、氧化鎵半導(dǎo)體襯底由上至下依次設(shè)置，形成金屬?絕緣層?半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在金屬?半導(dǎo)體?金屬的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入一層絕緣氧化鋁層形成金屬?絕緣層?半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，降低暗電流和減小內(nèi)部光致發(fā)射，從而提高光暗電流抑制比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及日盲紫外探測(cè)器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

由于大氣層中臭氧的強(qiáng)吸收及散射作用，太陽(yáng)光中波長(zhǎng)小于280nm的部分幾乎無(wú)法到達(dá)地球表面。因此紫外日盲探測(cè)器受自然光影響很小，其在監(jiān)視臭氧空洞、焰火探測(cè)和超高音速飛行器尾焰探測(cè)及追蹤等諸多領(lǐng)域具有極大的商業(yè)和軍事應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有的紫外探測(cè)器一般由硅制成，但由于硅的禁帶寬度為1.1eV，為了達(dá)到更好的探測(cè)效果，需要借助日盲濾波片，因而增加了成本。

氧化鎵作為一種超寬禁帶的半導(dǎo)體，其禁帶寬度達(dá)到了4.9eV，理論截止波長(zhǎng)約為254nm，處于UVC日盲波段，是用于制備紫外日盲探測(cè)器的天然優(yōu)選材料。目前常見(jiàn)的氧化鎵探測(cè)器均是金屬-半導(dǎo)體-金屬的結(jié)構(gòu)，電極接觸為肖特基接觸，例如，專(zhuān)利2019107326175提出的基于非晶氧化鎵薄膜的日盲紫外探測(cè)器及其制備方法，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種日盲紫外探測(cè)器，該探測(cè)器以高分子(如PET、聚酰亞胺)薄膜或織物為柔性襯底，使用超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵(Ga₂O₃)(半導(dǎo)體層)為光探測(cè)材料，使用金屬或氮化鈦(TiN)半導(dǎo)體作為電極材料，通過(guò)光刻、刻蝕和薄膜沉積等半導(dǎo)體工藝制備肖特基接觸電極層，形成金屬電極-半導(dǎo)體層-金屬電極(MSM)結(jié)構(gòu)探測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)小于280nm的日盲紫外光的有效探測(cè)。

但是，上述專(zhuān)利具有以下缺陷：

上述專(zhuān)利中電極接觸為肖特基接觸，而肖特基接觸常常伴隨著缺陷輔助隧穿，暗電流偏大；同時(shí)電極的內(nèi)部光致發(fā)射的存在，即電極吸收了能量小于氧化鎵禁帶寬度的光子，產(chǎn)生了光生電子并漂移、躍遷過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部并形成光生電流，使得探測(cè)器在長(zhǎng)波部分有響應(yīng)，降低了紫外/可見(jiàn)抑制比。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提出一種基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器及其制備方法，在金屬-半導(dǎo)體-金屬的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入一層絕緣層形成金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，降低暗電流和減小內(nèi)部光致發(fā)射，從而提高光暗電流抑制比。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器，包括：由鎳、金電極構(gòu)成的電極層，絕緣氧化鋁層，及氧化鎵半導(dǎo)體襯底，電極層、絕緣氧化鋁層、氧化鎵半導(dǎo)體襯底由上至下依次設(shè)置，形成金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明在電極和氧化鎵半導(dǎo)體襯底之間引入絕緣氧化鋁層，氧化鋁的禁帶寬度為9.0eV，高于氧化鎵，因此不會(huì)吸收可見(jiàn)光，降低了金屬電極吸收光產(chǎn)生的光生電子隧穿進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部的概率，從而提高日盲探測(cè)器的紫外/可見(jiàn)抑制比，另一方面，氧化鋁層的存在使電子所需躍過(guò)的勢(shì)壘增大，也減小了在肖特基接觸里存在的缺陷輔助的隧穿導(dǎo)致的電流，減小了暗電流，因此，這種結(jié)構(gòu)的探測(cè)器紫外/可見(jiàn)抑制比高于傳統(tǒng)的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)的探測(cè)器。

針對(duì)上述基于氧化鎵的金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)日盲紫外探測(cè)器，以下還提供了若干可選方式，但并不作為對(duì)上述總體方案的額外限定，僅僅是進(jìn)一步的增補(bǔ)或優(yōu)選，在沒(méi)有技術(shù)或邏輯矛盾的前提下，各可選方式可單獨(dú)針對(duì)上述總體方案進(jìn)行組合，還可以是多個(gè)可選方式之間進(jìn)行組合。

可選的，所述鎳、金電極為叉指電極。

可選的，所述絕緣氧化鋁層的厚度為2-5nm。

可選的，所述氧化鎵半導(dǎo)體襯底為氧化鎵單晶或外延片。