schottky结构与pin结构gan紫外探测器的制作、测量和特性比较

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1、B．19Schottky结构与P-i-n结构GaN紫外探测器的制作、测幔和特性比较张爽赵德刚刘宗顺朱建军张书明段俐宏刘文宝孙苋江德生杨辉(中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点联合实验室，北京100083)摘要：本文研究-7Schottky结构和p—i-n结构GaN紫外探测器的结构特点和器件特性。制作了可比较I构Schottky结构和p．i·n结构GaN紫外探测器，对它们的l-V特性曲线和光谱响应度曲线进行了测量和分析。经过比较发现，两种不同结构的探测器的l—V特性和光谱响应特性具有不同的特征。在实际应用中应结合这些特征，根据具体需要选择其中的某种结构。关键词：GaN紫外探

2、测器，Schotkky结构，p,i-n结构，l-V特性，光谱响应特性1前言近年来，三族氮化物材料(GaN、／kiN、InN、AIGaN、InGaN)由于其禁带宽度大、光谱范围可调并可以覆盖从紫外光到红外光全波段，以及高温高辐射耐受性好等突出的优点，在光电子和微电子领域中得到广泛的应用，被称为第三代半导体。基于氮化镓材料的紫外探测器与硅材料紫外探测器相比，具有可见光盲、量子效率高、可以工作在高温及苛刻环境中等无法替代的优势。在导弹预警、火箭羽烟探测、飞行器制导、紫外通信、宇宙飞船、火焰燃烧监视、火灾监测等军用、民用领域的应用中，灵敏度更高，抗干扰能力更强，虚警率更低，受到研究及

3、实用领域的极大关注。利用半导体制造工艺制成的GaN紫外探测器体积很小，易于集成，因此非常适合制作成轻巧便携的探测设备，例如紫外探测器焦平面阵列，并可以迸一步制成紫外相机【11。GaN紫外探测器可以采用不同的结构，如光电导型探测器121，p．i．n型探测器13-sl，Schottky型探测器16刀，MSM型探测器181等。不同结构的探测器有各自的特点和优缺点。本文研究TSchottky结构和p．i—n结构两种GaN紫外探测器的结构特点和制作过程。采用KEITHLEY6430型源表测量了它们的I．v特性曲线，利用SR830DSP锁相放大器采集了测试电路中输出的电流光谱，并通过标准

4、Si探测器进行校准，得到它们在不同偏置电压下的光谱响应度曲线。经过比较发现，两种不同结构的探测器的I—V特性和光谱响应特性具有不同的特征，在实际应用中应结合这些特征，根据具体需要选择其中的某种结构。2实验部分本文中所研究的两种探测器器件结构Schottky(i-GaN／n-Gar,0结构(样品A)和p．i．11O．GaN／i．GaN／n．GaN)结构(样品B)，其材料采用金属．有机物化学气相淀积(MOCVD)方法制成。样品A的具体材料生长过程如下：在蓝宝石衬底上生长一薄层低温GaN缓冲层，在其上生长姒m载流子浓度为～3×1018cm3的Si掺杂n．GaN层；随后生长一层0．舡

5、m非故意掺杂的i．GaN(弱n型)，其n型载流子浓度约为"--3x1016锄一。样品B的生长过程与样品A的区别在于，最后在i．GaN层上生长一层o．堆m载流子浓度"-'3x1017cm刁的Mg掺杂6．GaNJ县，以形成p．i．n结构。两个样品的生长条件类似，具有互相可比拟的材料质量。利用上述A、B两种样品分另U制作Schottky结构和p．i—n结构紫外探测器，二者工艺过程类似。工艺流程包括：采用感应耦合等离子体(tCP)刻蚀方法分嬲在样品A和样品．B中刻蚀出器件台面，刻蚀深度为O，弘m，以露出高浓度n型掺杂GaN材料；采用等离子体增强化学气相淀积(PEcVD)方法分别在样品

6、A和样品B表面生长一层厚度为350nm的Si02薄膜，作为台面侧壁的钝化膜，光刻后对它们进行腐蚀并露出光敏面和11型接触区域；利用电子束蒸发在样品A和样品B表面蒸镀一层Ni／Au(5nm／5nm)薄膜并进行金属剥离(1ift．off)，而后在氮气和氧气混合气氛中于500℃下快速热退火5分钟，从而在光敏面上形成样品A中的Schottky电极和样品B中的p型欧姆电极；最后用电子束蒸发蒸镀Ti／A1／Ti／Au(15nm／250nm／50nm／150nm)薄膜并进行金属剥离(1ift．off)，形成光敏面上的压焊电极和n型欧姆电极。样品A和样品B的器件分层结构如图1(a)，(b)中

7、所示，有效光敏面积均为1．24ram2。3实验结果利用KEITHLEY6430型源表测量TSchottky结紫外探测器和p．i．n结构其外探测器的1．V特性曲线，如图2(a)，(b)所示。同Ohmicconl▲：llSj02i—GaNlayer．匕卜In+-GaNlayerGaNbUrferaVerSapphirep-typen-type：：PadOhm譬∞mad呻m。c；：一；}J：：_．．．；lII．ⅢS02／P—GaNlayer／?

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