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日盲型AlGaN基PIN紫外探测器工艺研究

作　者: 刘期斌
导　师: 张波；余丽波
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: PIN AlGaN ICP刻蚀 欧姆接触 工艺流程
分类号: TN23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


作为第三代半导体材料的GaN属直接带隙半导体,因具有禁带宽度大、介电常数小、电子饱和速度高、物理化学性能稳定等优点,在紫外探测器领域有着重要的应用价值。特别是其三元合金AlxGa1-xN,响应波长范围为200～365nm,是实现日盲型紫外探测器的理想材料。AlGaN基紫外探测器在导弹预警、武器制导、太空探测、紫外通讯等领域有着广泛的应用需求。本论文对日盲型AlGaN PIN紫外探测器研制中的材料生长、材料性能表征、ICP刻蚀、欧姆接触等制作工艺及流程开展了研究。研究中采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上以低温AlN材料作为模板层,成功生长了高Al组分PIN结构AlxGa1-xN膜层。通过紫外投射光谱、XRD衍射方法及外延层表面导电能力测试表征AlxGa1-xN外延层质量,显示AlxGa1-xN外延层中心区域铝含量达到45%,其光谱截止边在280nm,外延材料中心区域最大表面电流在10-6A量级,膜层质量和峰值达到器件设计要求。器件的结构采用背面进光方式。再用PECVD方法在表面沉积SixNy掩膜,通过ICP刻蚀方法,Cl2/Ar/BCl3作为刻蚀气体,将外延层从P型层刻蚀到N型,通过选择合适的刻蚀条件,刻蚀速度达到200nm/min,选择比为2.5:1。欧姆接触工艺N电极采用Ti/Al/Ti/Au多层金属结构,P电极采用Cr/Au金属结构,在550℃温度氮气氛环境下退火60秒,获得5.0×10-1Ω.cm2的P型欧姆接触电阻,离文献报道水平还有较大差距。最后拟定出日盲型AlGaN基PIN紫外探测器的工艺流程,为顺利研制出日盲型AlGaN基PIN紫外探测器打下良好基础。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 前言  8-14
  1.1 GAN 基紫外探测器  8-10
  1.2 军事应用背景  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
  1.4 论文组织架构  13-14
第二章 日盲型ALGAN 基PIN 紫外探测器及其工艺原理  14-26
  2.1 光电探测器基本原理  14-17
    2.1.1 光电二极管  14-16
    2.1.2 PIN 光电二极管  16-17
  2.2 光电探测器性能参数  17-18
  2.3 ALGAN 基PIN 紫外探测器设计原理  18-22
    2.3.1 AlGaN 基PIN 紫外探测器物理模型  18-20
    2.3.2 AlGaN 基PIN 紫外探测器结构  20-21
    2.3.3 AlGaN 基PIN 探测器外延层结构  21-22
  2.4 金属—半导体接触原理  22-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 日盲型ALGAN 基PIN 紫外探测器的设计与工艺  26-57
  3.1 日盲型ALGAN 基PIN 紫外探测器外延膜层结构设计  26-31
  3.2 ALGAN 外延材料的质量表征  31-37
    3.2.1 紫外透射光谱测试  32-34
    3.2.2 XRD 衍射测试  34-36
    3.2.3 电流电压测试  36-37
  3.3 ALGAN 外延材料的ICP 刻蚀  37-46
    3.3.1 等离子体刻蚀原理  37-40
    3.3.2 AlGaN 外延材料的ICP 刻蚀  40-41
    3.3.3 结果和讨论  41-46
    3.3.4 结论  46
  3.4 欧姆接触研究  46-55
    3.4.1 欧姆比接触电阻的测试方法及传输线模型（TLM）  48-50
    3.4.2 P-GaN 的欧姆接触工艺  50-52
    3.4.3 N-AlGaN 的欧姆接触工艺  52-53
    3.4.4 结论  53
    3.4.5 改进措施  53-55
  3.5 本章小结  55-57
第四章 日盲型ALGAN 基PIN 紫外探测器工艺流程设计  57-62
  4.1 主要工艺流程设计考虑  57-58
  4.2 器件制作工艺流程设计  58-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 结束语  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
攻硕期间取得的研究成果  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 紫外技术及仪器
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