专利名称：氮化镓紫外色度探测器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是一种氮化镓紫外色度探测器及其制作方法。
背景技术：
作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。GaN紫外探测器是一种非常重要的GaN基光电子器件，在导弹告警、火箭羽烟探测、紫外通信、生化武器探测、飞行器制导、宇宙飞船、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。与硅紫外探测器相比，GaN基紫外探测器由于具有可见光盲、量子效率高、可以在高温和苛性环境下工作等等不可比拟的优点，在实际应用中可以做到虚警率低、灵敏度高、抗干扰能力强，极大的受到了人们的关注。
目前世界上在GaN紫外探测器方面已经取得了很大进展，已研制多种结构的单元器件和焦平面阵列。但是这些探测器对紫外光都有很强的响应，但是不能判断出入射光的具体波长。影响了氮化镓紫外探测器的进一步发展和应用。

发明内容
本发明的目的在于提出一种新的氮化镓色度紫外探测器及其制作方法。这种探测器能够判断出入射紫外光的具体波长。
本发明巧妙的利用了两个具有不同的光谱响应的紫外探测器的光电流的比值只与入射光波长相关的规律，把两个单元紫外探测器做成一个器件，形成新的氮化镓紫外色度探测器。其特征在于，在衬底10上依次生长N型欧姆接触层11、有源层12、P型欧姆接触层13、有源层14、N型欧姆接触层15，这样N型欧姆接触层11、有源层12、P型欧姆接触层13组成了一个PIN结构探测器，而P型欧姆接触层13、有源层14、N型欧姆接触层15组成了另外一个PIN结构探测器，而且N型欧姆接触层15的厚度很薄，远小于P型欧姆接触层13的厚度，仅为形成良好的欧姆接触。这个两个背靠背的氮化镓单元探测器的具体结构参数有所不同，导致了两个器件的响应光谱也有所不同，但是这两个器件的光电流谱的比值是固定的，与入射光的光强无关，只与入射光的波长有关。只要利用合适的读出电路，能够得到与这两个单元器件的光电流的比值相关的数值，就可以判断出入射紫外光的具体波长。
技术方案一种氮化镓紫外色度探测器，利用两个具有不同的光谱响应的紫外探测器的光电流的比值，把两个单元紫外探测器做成一个器件，形成新的氮化镓紫外色度探测器。
氮化镓紫外色度探测器包括一衬底10；一N型欧姆接触层(11)，该N型欧姆接触层(11)制作在衬底(10)上；一有源层(12)，该有源层(12)制作在N型欧姆接触层(11)上；一P型欧姆接触层(13)，该P型欧姆接触层(13)制作在有源层(12)上，并且该P型欧姆接触层(13)的面子小于有源层(12)的面积；一有源层(14)，该有源层(14)制作在P型欧姆接触层(13)上，并且该有源层(14)的面积小于P型欧姆接触层(13)上；一N型欧姆接触层(15)，该N型欧姆接触层(15)制作在有源层(14)上；一N型欧姆电极(16)，该N型欧姆电极(16)制作在N型欧姆接触层(11)上；一P型欧姆电极(17)，该P型欧姆电极(17)制作在P型欧姆接触层(13)上；一N型欧姆电极(18)，该N型欧姆电极(18)制作N型欧姆接触层(15)上；所述的衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
所述的N型欧姆电极(16)是点状结构或环形结构。
所述的P型欧姆电极(17)是点状结构或环形结构。
所述的N型欧姆电极(18)是点状结构或环形结构。


为了进一步说明本发明的内容，下面结合具体实例和详细附图如后，其中图1本发明提出的氮化镓紫外色度探测器器件结构示意图。
图2是本发明的两个器件单元的光电流谱图。
图3是本发明的两个器件单元的光电流谱的比值图。
具体实施例方式
图1中，结合具体实例，本发明提出的氮化镓紫外色度探测器的制备过程具体如下在以蓝宝石为衬底10上，利用MOCVD外延生长设备依次生长N型GaN欧姆接触层11(厚度为3μm，电子浓度为3×1018cm-3)、本征GaN有源层12(厚度为0.4μm，电子浓度为1×1016cm-3)、P型GaN欧姆接触层13(厚度为0.6μm，电子浓度为5×1017cm-3)、本征GaN有源层14(厚度为0.4μm，电子浓度为1×1016cm-3)、N型GaN欧姆接触层15(厚度为0.03μm，电子浓度为3×1018cm-3)。用干法刻蚀露出N型GaN欧姆接触层11、P型GaN欧姆接触层13，其中P型GaN欧姆接触层刻蚀深度为0.3μm。然后用光刻、镀膜等方法先后作出P型欧姆电极17、N型欧姆电极15、N型欧姆电极18，其中，需要热退火合金工艺来改善P型GaN欧姆接触特性。最后进行衬底减薄、管芯分割、压焊、封装，制成氮化镓紫外色度探测器。
我们对本发明提出的氮化镓紫外色度探测器的光电流谱进行了模拟计算，其中图2两个器件单元的光电流谱。其中，实线表示N型GaN欧姆接触层15、本征GaN有源层14、P型欧姆接触层13组成的PIN结构探测器单元1的光电流谱，虚线表示P型GaN欧姆接触层13、本征GaN有源层12、N型GaN欧姆接触层11组成的PIN结构探测器单元2的光电流谱。
图3两个器件单元的光电流谱的比值从图3上可以看出，两个背靠背的PIN结构探测器单元的光电流比值只与入射光的波长有关。利用这个规律，再外加合适的读出电路，就可以判断出入射紫外光的波长。
本发明巧妙的利用了两个具有不同的光谱响应的紫外探测器的光电流的比值只与入射光波长相关的规律，把两个单元紫外探测器做成一个器件，形成新的氮化镓紫外色度探测器。这种紫外色度探测器能够判断出入射紫外光的具体波长。
权利要求
1.一种氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，利用两个具有不同的光谱响应的紫外探测器的光电流的比值，把两个单元紫外探测器做成一个器件，形成新的氮化镓紫外色度探测器。
2.根据权利要求1所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，其中氮化镓紫外色度探测器包括一衬底(10)；一N型欧姆接触层(11)，该N型欧姆接触层(11)制作在衬底(10)上；一有源层(12)，该有源层(12)制作在N型欧姆接触层(11)上；一P型欧姆接触层(13)，该P型欧姆接触层(13)制作在有源层(12)上，并且该P型欧姆接触层(13)的面积小于有源层(12)的面积；一有源层(14)，该有源层(14)制作在P型欧姆接触层(13)上，并且该有源层(14)的面积小于P型欧姆接触层(13)的面积；一N型欧姆接触层(15)，该N型欧姆接触层(15)制作在有源层(14)上；一N型欧姆电极(16)，该N型欧姆电极(16)制作在N型欧姆接触层(11)上；一P型欧姆电极(17)，该P型欧姆电极(17)制作在P型欧姆接触层(13)上；一N型欧姆电极(18)，该N型欧姆电极(18)制作N型欧姆接触层(15)上；
3.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，其中所述的衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
4.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，N型欧姆接触层(11)为N型氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
5.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，有源层(12)为本征氮化镓材料，其电子浓度小于1×1017cm-3。
6.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，P型欧姆接触层(13)为P型氮化镓材料，其空穴浓度大于1×1017cm-3。
7.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，有源层(14)为本征氮化镓材料，其电子浓度小于1×1017cm-3。
8.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，N型欧姆接触层(15)为N型氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
9.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，N型欧姆接触层(15)的厚度很薄，远小于P型欧姆接触层(13)的厚度。
10.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，其中所述的N型欧姆电极(16)是点状结构或环形结构。
11.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，其中所述的P型欧姆电极(17)是点状结构或环形结构。
12.根据权利要求1或2所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，其中所述的N型欧姆电极(18)是点状结构或环形结构。
13.一种氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在衬底(10)上利用外延生长设备生长N型欧姆接触层(11)；(2)在欧姆接触层(11)上生长有源层(12)；(3)在有源层(12)上生长P型欧姆接触层(13)；(4)在P型欧姆接触层(13)上生长有源层(14)；(5)在有源层(14)上生长N型欧姆接触层(15)；(6)将N型欧姆接触层(15)、有源层(14)、P型欧姆接触层(13)、N型欧姆接触层(12)进行刻蚀；(7)将N型欧姆接触层(15)、有源层(14)进行刻蚀；(8)在P型欧姆接触层(13)上制作P型欧姆电极(17)；(9)在N型欧姆接触层(11)上制作欧姆电极(16)；(10)在N型欧姆接触层(15)上制作欧姆电极(18)；(11)将衬底(10)减薄，然后进行管芯分割，最后封装在管壳上，制成氮化镓紫外色度探测器器件。
14.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的衬底(10)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
15.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器，其特征在于，N型欧姆接触层(11)为N型氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
16.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，有源层(12)为本征氮化镓材料，其电子浓度小于1×1017cm-3。
17.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，P型欧姆接触层(13)为P型氮化镓材料，其空穴浓度大于1×1017cm-3。
18.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，有源层(14)为本征氮化镓材料，其电子浓度小于1×1017cm-3。
19.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，N型欧姆接触层(15)为N型氮化镓材料，其电子浓度大于1×1018cm-3。
20.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的N型欧姆电极(16)是点状结构或环形结构。
21.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的P型欧姆电极(17)是点状结构或环形结构。
22.根据权利要求13所述的氮化镓紫外色度探测器的制作方法，其特征在于，其中所述的N型欧姆电极(18)是点状结构或环形结构。
全文摘要
本发明提出一种新型的氮化镓紫外色度探测器，该器件能够判别照射到器件上的紫外光的波长。由于探测器的光电流与入射光强有关，不同的入射光强，表现出不同的光电流，所以普通的氮化镓(GaN)紫外探测器只能知道入射光是否是紫外光，而不能判断出紫外光的波长。在本发明提出的氮化镓紫外色度探测器的器件结构中，包含了两个背靠背的PIN结构氮化镓紫外探测器，这两个单元器件的具体结构参数不同，导致了两个器件的响应光谱也不同，但是这两个器件的光电流谱的比值是固定的，与入射光的光强无关，只与入射光的波长有关。只要利用合适的读出电路，能够得到与这两个单元器件的光电流的比值相关的数值，就可以判断出入射紫外光的具体波长。
文档编号G01J3/46GK1712914SQ200410048228
公开日2005年12月28日 申请日期2004年6月15日 优先权日2004年6月15日
发明者赵德刚, 杨辉 申请人:中国科学院半导体研究所