基于GaN的光電集成器件及其外延結構制造技術

本實用新型專利技術提供了一種基于GaN的光電集成器件及其外延結構。光電集成器件包括由下而上依次層疊的襯底、成核層、GaN溝道層、AlGaN肖特基勢壘層，AlGaN肖特基勢壘層和GaN溝道層之間形成二維電子氣，AlGaN肖特基勢壘層上設有從AlGaN肖特基勢壘層的上表面嵌入延伸至GaN溝道層內部的隔離區，在隔離區一側的AlGaN肖特基勢壘層上由下而上依次形成有器件隔離層、N+-GaN層、i-AlGaN層、P-AlGaN層和P+-GaN層，N+-GaN層上形成有N型電極，P+-GaN層上形成有P型電極，在隔離區另一側的AlGaN肖特基勢壘層上形成有柵電極、源電極和漏電極，N型電極與N+-GaN層之間、P型電極與P+-GaN層之間以及源電極和漏電極與AlGaN肖特基勢壘層之間均形成歐姆接觸。通過上述方式，本實用新型專利技術能夠實現GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT之間的集成。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及半導體制造
，特別是涉及一種基于GaN的光電集成器件及其外延結構。
技術介紹
GaN(氮化鎵)作為第三代半導體的典型代表，具有高功率、高效率、高工作溫度等特點，已廣泛地應用于電力轉換、微波通信等各個領域。目前，太空通信、長距離的無線傳感大多采用微波通信方式。GaN基PIN光電探測器具有以下優點:不吸收可見光，不需要濾光系統，可探測紫外光；不需要做成淺結，可大大提高量子效率；耐高溫，抗輻射能力強，可在極端環境下正常工作。因此，GaN基PIN光電探測器可廣泛應用于宇宙探測、火災預警、海面漏油探測、工業溫度控制等領域，而這些領域一直以來是人們關注的重點。為了進一步增加芯片功能，提高集成度，簡化系統，降低尺寸和成本，目前采用光集成技術。光光集成和光電集成是光集成技術的兩種方式。光光集成以集成光路為代表，從體結構的組合到以光波導形式實現光調制器和光開關等。光電集成指光子器件和電子器件均集成在同一襯底上得到光電集成電路。光光集成相對難度較小，而光電集成由于涉及結構兼容性、材料兼容性、工藝兼容性等一系列問題，一直是研宄難點和重點。而將GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT (高功率電子迀移晶體管)集成在一起，使得以下無線探測技術路線成為可能:由PIN光電探測器作為紫外光探測器，進行太空探測、海面漏油探測、工業溫度控制、火災預警等安防探測，最后由晶圓級集成的GaN基HEMT將信號放大后通過天線發射出去，以傳遞相關信息。然而，GaN雖然在快速發展，但是僅為短短10年，加之光電集成難度較大，因此，目前GaN基PIN光電探測器方面的研宄剛剛興起，亟需在GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT的光電集成方面取得突破。
技術實現思路
本技術主要解決的技術問題是提供一種基于GaN的光電集成器件及其外延結構，能夠實現GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT之間的集成。為解決上述技術問題，本技術采用的一個技術方案是:提供一種基于GaN的光電集成器件，包括:襯底；成核層，所述成核層形成在所述襯底上；GaN溝道層，所述GaN溝道層形成在所述成核層上；AlGaN肖特基勢皇層，所述AlGaN肖特基勢皇層形成在所述GaN溝道層上，且所述AlGaN肖特基勢皇層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；隔離區，所述隔離區從所述AlGaN肖特基勢皇層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內部；其中，在所述隔離區一側的所述AlGaN肖特基勢皇層上由下而上依次形成有器件隔離層、N+-GaN層、1-AlGaN層、P-AlGaN層和P+-GaN層，所述N+-GaN層上形成有N型電極，所述P+-GaN層上形成有P型電極，在所述隔離區另一側的所述AlGaN肖特基勢皇層上形成有柵電極、源電極和漏電極，并且所述N型電極與所述N+-GaN層之間、所述P型電極與所述P+-GaN層之間以及所述源電極和漏電極與所述AlGaN肖特基勢皇層之間均形成歐姆接觸。優選地，所述襯底的厚度為50?1000微米，且所述襯底材料為S1、SiC, GaN,Diamond和藍寶石中的一種或多種。優選地，所述成核層的厚度為10?500納米，且所述成核層材料為AlN和/或AlGaN0優選地，所述GaN溝道層的厚度為I?3微米，且所述GaN溝道層與所述成核層構成異質結。優選地，所述AlGaN肖特基勢皇層的厚度5?200納米，所述AlGaN肖特基勢皇層與所述GaN溝道層構成異質結，且所述AlGaN肖特基勢皇層中AlGaN的化學式為AlxGai_xN，其中，X為0.1?0.5。優選地，所述器件隔離層的厚度為20?1000納米，且所述器件隔離層材料為氮化物介質薄膜。優選地，所述N+-GaN層的厚度為500?1500納米，摻雜濃度大于或等于I X 1017cm_3;所述P+-GaN層的厚度小于或等于50納米，摻雜濃度大于或等于lX1018cm_3。優選地，所述1-AlGaN層的厚度為100?1500納米，雜質濃度小于或等于I X 116Cm-3,且所述1-AlGaN層中AlGaN的化學式為AlyGa1^N,其中，Y為O?I。優選地，所述P-AlGaN層的厚度為50?800納米，摻雜濃度大于或等于I X 1017cnT3，且所述P-AlGaN層中AlGaN的化學式為AlzGa1^N,其中，Z為0.1?0.5。為解決上述技術問題，本技術采用的另一個技術方案是:提供一種基于GaN的光電集成器件的外延結構，包括由下而上依次形成的襯底、成核層、GaN溝道層、AlGaN肖特基勢皇層、器件隔離層、N+-GaN層、1-AlGaN層、P-AlGaN層和P+-GaN層，其中，所述AlGaN肖特基勢皇層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣。區別于現有技術的情況，本技術的有益效果是:通過在同一襯底上集成GaN基PIN光電探測器和GaN基HEMT，并通過隔離區隔離，從而能夠實現GaN基PIN光電探測器與GaN基HEMT之間的集成，可以增加芯片功能，提高集成度，簡化系統，降低尺寸和成本。【附圖說明】圖1是本技術實施例基于GaN的光電集成器件的結構示意圖。圖2?圖6是本技術實施例基于GaN的光電集成器件的制備流程圖。【具體實施方式】下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術保護的范圍。請參見圖1，是本技術實施例基于GaN的光電集成器件的結構示意圖。本技術實施例的基于GaN的光電集成器件包括:襯底10、成核層20、GaN溝道層30、AlGaN肖特基勢皇層40、隔離區50、器件隔離層60、N+-GaN層70、1-AlGaN層80、P-AlGaN層90和P+-GaN 層 100。成核層20形成在襯底10上。GaN溝道層30形成在成核層20上。AlGaN肖特基勢皇層40形成在GaN溝道層30上，且AlGaN肖特基勢皇層40和GaN溝道層30之間形成二維電子氣31。隔離區50從AlGaN肖特基勢皇層40的上表面嵌入延伸至GaN溝道層30內部。其中，可以采用注入離子方式注入離子形成隔離區50或者采用刻蝕工藝形成刻蝕出隔離區50，隔離區50將AlGaN肖特基勢皇層40和二維電子氣31隔離為相互絕緣的兩部分。其中，在隔離區50 —側的AlGaN肖特基勢皇層40上由下而上依次形成有器件隔離層 60、N+-GaN 層 70、1-AlGaN 層 80、P-AlGaN 層 90 和 P+-GaN 層 100。N+-GaN 層 70 上形成有N型電極71 ,P+-GaN層100上形成有P型電極101。在隔離區50另一側的AlGaN肖特基勢皇層40上形成有柵電極41、源電極42和漏電極43，并且N型電極71與N+-GaN層70之間、P型電極101與P+-GaN層100之間以及源電極42和漏電極43與AlGaN肖特基勢皇層40之間均形成歐姆接觸。其中，N型電極71和P型電極101均為兩個，兩個N型電極71分別位于1-AlGaN層80兩側的N+-GaN層70上。源電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于GaN的光電集成器件，其特征在于，包括：襯底；成核層，所述成核層形成在所述襯底上；GaN溝道層，所述GaN溝道層形成在所述成核層上；AlGaN肖特基勢壘層，所述AlGaN肖特基勢壘層形成在所述GaN溝道層上，且所述AlGaN肖特基勢壘層和所述GaN溝道層之間形成二維電子氣；隔離區，所述隔離區從所述AlGaN肖特基勢壘層的上表面嵌入延伸至所述GaN溝道層內部；其中，在所述隔離區一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上由下而上依次形成有器件隔離層、N+?GaN層、i?AlGaN層、P?AlGaN層和P+?GaN層，所述N+?GaN層上形成有N型電極，所述P+?GaN層上形成有P型電極，在所述隔離區另一側的所述AlGaN肖特基勢壘層上形成有柵電極、源電極和漏電極，并且所述N型電極與所述N+?GaN層之間、所述P型電極與所述P+?GaN層之間以及所述源電極和漏電極與所述AlGaN肖特基勢壘層之間均形成歐姆接觸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳一峰，
申請(專利權)人：成都嘉石科技有限公司，
類型：新型
國別省市：四川;51