[发明专利]MSM型多孔氧化镓日盲探测器及其制造方法

说明书

本公开提供了一种MSM型多孔氧化镓日盲探测器及其制造方法，其中探测器包括：外延结构和在外延结构表面蒸镀的MSM电极；外延结构包括：衬底、衬底上的u‑GaN外延层和u‑GaN外延层上的n‑GaN外延层；在n‑GaN外延层上层进行电化学腐蚀得到多孔结构的n‑GaN外延层，对多孔结构的n‑GaN外延层进行氧化处理得到多孔结构的氧化镓外延层；MSM电极蒸镀在多孔结构的氧化镓外延层表面。本公开通过热氧化法氧化多孔结构的n‑GaN制备多孔氧化镓日盲探测器能够显著增大氧化镓薄膜的比表面积，使更多的氧分子在多孔氧化镓的表面发生吸附和解吸附，从而大幅度提高氧化镓探测器的紫外探测性能。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种MSM型多孔氧化镓日盲探测器及其制造方法。

背景技术

太阳光中紫外辐射占其总辐射量的7％，是地球最主要的紫外辐射光源。当太阳的紫外辐射通过大气层时，大气层中的臭氧层会吸收200～280nm紫外光，使得这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，因此，该波段的紫外辐射又被称为日盲紫外。由于没有来自太阳的背景辐射干扰，日盲型紫外探测器拥有背景噪声小、可全天候工作等诸多优点，可广泛应用于导弹预警、火焰探测、电晕探测以及医疗等领域，具有极高的军事和民用价值。

氧化镓材料具备优良的光学特性、化学稳定性以及较高的机械强度，禁带宽度在4.8eV附近，其对应的波长正好位于日盲区，对于可见光区的辐射几乎没有反应，不需要通过掺杂来调整禁带宽度就已经可以很好的适应日盲紫外探测的需求，无需添加昂贵的滤光片。这个特点使氧化镓材料在紫外探测领域具有明显的优势，相比于制备工艺复杂，价格昂贵的SiC、AlGaN等材料，具有价格便宜、制备方法简单、便于大批量生产等优势。氧化镓薄膜材料相较于其单晶材料以及纳米结构材料有着更为多样化的制备方法、较为成熟的工艺条件，其当前主流的制备方法包括分子束外延、金属有机化学气相沉积以及GaN热氧化法。

由于氧化镓对于生长条件要求较高，采用分子束外延、金属有机化学气相沉积制备的氧化镓薄膜材料成本昂贵、生长速率慢、缺乏合适的衬底，限制了氧化镓薄膜材料的广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种MSM型多孔氧化镓日盲探测器及其制造方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种MSM型多孔氧化镓日盲探测器，包括：外延结构和在外延结构表面蒸镀的MSM电极；外延结构包括：衬底、衬底上的u-GaN外延层和u-GaN外延层上的多孔结构的氧化镓外延层；MSM电极蒸镀在多孔结构的氧化镓外延层表面。

在本公开的一些实施例中，多孔结构的氧化镓外延层还包括横向分布的孔洞和/或纵向分布的孔洞，孔隙率为10％-90％，孔径尺寸为5nm-1μm。

在本公开的一些实施例中，外延结构的厚度为100nm-10μm；u-GaN外延层的厚度为0-10μm；MSM电极为叉指型MSM电极。

根据本公开的另一个方面，提供了一种MSM型多孔氧化镓日盲探测器的制备方法，包括：步骤A：选择一外延结构，外延结构包括衬底、u-GaN外延层和n-GaN外延层；步骤B：n-GaN外延层通过电化学腐蚀，制成多孔结构的n-GaN外延层；步骤C：将多孔结构的n-GaN外延层进行氧化，制成多孔结构的氧化镓外延层；步骤D：通过光刻、蒸镀金属和负胶剥离工艺制备MSM电极；步骤E：进行快速退火，在MSM电极金属与多孔结构的氧化镓外延层之间形成欧姆接触或肖特基接触。

在本公开的一些实施例中，步骤B包括：子步骤B1：对n-GaN外延层进行表面清洗；子步骤B2：n-GaN外延层与铟电极接触作为电化学腐蚀的阳极，Pt电极与电解质接触作为阴极；子步骤B3：通过磁控搅拌电解质进行电化学腐蚀，制成多孔结构的n-GaN外延层。