[发明专利]基于悬空p‑n结量子阱的光致晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，其特征在于，该晶体管以硅基氮化物晶片为载体，包括硅衬底层(1)、设置在所述硅衬底层(1)上的外延缓冲层(2)、设置在所述外延缓冲层(2)上的两个p-n结量子阱器件；所述p-n结量子阱器件由n-GaN层(3)、InGaN/GaN多量子阱(4)、p-GaN层(5)、p-电极(6)和n-电极(7)构成，在所述n-GaN层(3)上表面有刻蚀出的阶梯状台面，所述阶梯状台面包括下台面和位于下台面上的上台面，所述InGaN/GaN多量子阱(4)、p-GaN层(5)、p-电极(6)从下至上依次连接设置在上台面的上方，所述n-电极(7)设置在下台面上，为两个p-n结量子阱器件所共用；在所述n-GaN层(3)下方设置有贯穿硅衬底层(1)、外延缓冲层(2)至n-GaN层(3)中的空腔，使得p-n结量子阱器件悬空。

2.根据权利要求1所述的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，其特征在于，所述p-电极(6)由依次连接的悬空p-电极区(8)、p-电极导电区(9)和p-电极引线区(10)组成；所述n-电极(7)由相互连接的n-电极导电区(11)和n-电极引线区(12)组成；两个p-n结量子阱器件的悬空p-电极区(8)和部分n-电极导电区(11)、部分n-电极引线区(12)构成悬空电极区(13)，所述空腔位于悬空电极区(13)的下方。

3.根据权利要求1所述的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，其特征在于，所述p-n结量子阱器件在硅基氮化物晶片的氮化物层上实现。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管，其特征在于，所述p-电极(6)和n-电极(7)均为Ni/Au电极，即沉积的金属材料为Ni/Au。

5.一种制备权利要求1、2、3或4所述基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤(1)在硅基氮化物晶片背后对硅衬底层(1)进行减薄抛光；

步骤(2)在硅基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，采用曝光技术在光刻胶层上定义出n-GaN台阶区域，所述n-GaN台阶区域包括下台面和上台面；

步骤(3)采用反应离子束刻蚀n-GaN台阶区域，得到阶梯状台面；

步骤(4)在硅基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，光刻定义出位于上台面的p-n结量子阱器件的p-电极窗口区域、位于下台面的p-n结量子阱器件的n-电极窗口区域，然后在所述p-电极窗口区域与n-电极窗口区域分别蒸镀Ni/Au，形成欧姆接触，实现p-电极(6)与n-电极(7)，去除残余光刻胶后，即得到光致晶体管的电极；

步骤(5)在硅基氮化物晶片顶层涂胶保护，防止刻蚀过程中损伤表面器件，在硅基氮化物晶片的硅衬底层(1)下表面旋涂一层光刻胶层，利用背后对准技术，定义出一个对准并覆盖p-n结量子阱器件悬空部分的背后刻蚀窗口；

步骤(6)将外延缓冲层(2)作为刻蚀阻挡层，利用背后深硅刻蚀技术，通过背后刻蚀窗口将所述硅衬底层(1)贯穿刻蚀至外延缓冲层(2)的下表面；

步骤(7)采用氮化物背后减薄刻蚀技术，从下往上对外延缓冲层(2)和n-GaN层(3)进行氮化物减薄处理，形成一个空腔；

步骤(8)去除残余光刻胶，获得基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管。

6.根据权利要求5所述的制备基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的蒸镀Ni/Au，采用剥离工艺和温度控制在500±5℃的氮气退火技术实现。

7.根据权利要求5所述的制备基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的方法，其特征在于，所述步骤(7)中的氮化物背后减薄刻蚀技术为离子束轰击或反应离子束刻蚀技术。

8.根据权利要求5、6或7所述的制备基于悬空p-n结量子阱的光致晶体管的方法，其特征在于，所述步骤(4)中定义的p-电极窗口区域包括依次连接的悬空p-电极区窗口、p-电极导电区窗口和p-电极引线区窗口，所述n-电极窗口区域包括相互连接的n-电极导电区窗口和n-电极引线区窗口。