一种非极性面氮化物量子阱红外探测器及其制备方法
专利汇可以提供一种非极性面氮化物量子阱红外探测器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种非极性面氮化物 量子阱 红外探测器及其制备方法。本发明针对当前常见的c面氮化物QWIP存在极化 电场 的问题，提出采用非极性面氮化物多量子阱结构制备红外探测器，该结构不存在极化电场，易于载流子纵向输运；非极性面氮化物多量子阱为生长面应 力 补偿结构，有效缓解了非极性面生长的 应力 弛豫 各向异性 ，提高制备非极性面氮化物材料的晶体 质量 ；匹配 电路 中包括惠斯通电桥，根据红外光敏元件的 电阻 的大小设置相应的匹配电阻的大小，没有红外光照时 电压 截止元件处于非导通状态，通过电压截止元件抑制背景噪声，提高器件 信噪比 ；采用第三代氮化物 半导体 材料制备，具有室温工作、紫外集成、红外 光谱 范围广等优势。，下面是一种非极性面氮化物量子阱红外探测器及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述非极性面氮化物量子阱红外探测器包括：红外光敏元件和匹配电路；其中，红外光敏元件包括衬底、氮化物模板、底电极接触层、非极性面氮化物多量子阱、顶电极接触层、顶电极、底电极和钝化层；在衬底上生长氮化物模板，氮化物模板的晶格常数为a0和c0；在氮化物模板上生长底电极接触层；在底电极接触层的一部分上依次为非极性面氮化物多量子阱、顶电极接触层和顶电极；在底电极接触层的一部分上为底电极；在顶电极和底电极的侧面覆盖有钝化层；非极性面氮化物多量子阱包括周期性交替生长的第一氮化物层和第二氮化物层，第一和第二氮化物层的材料分别为Alx(1)Iny(1)Ga[1-x(1)-y(1)]N和Alx(2)Iny(2)Ga[1-x(2)-y(2)]N，x(1)和x(2)分别为第一和第二氮化物层的材料中Al的原子组分，y(1)和y(2)分别为第一和第二氮化物层的材料中In的原子组分；第一氮化物层的晶格常数为a1和c1，弹性系数为c11(1)、c12(1)和c13(1)，第二氮化物层的晶格常数为a2和c2，弹性系数为c11(2)、c12(2)和c13(2)，满足生长面应力补偿结构要求(c11(i)+c12(i))(a0-ai)/ai+c13(i)(c0-ci)/ci＝0，i＝1,2，并且，第一和第二氮化物层的材料与氮化物模板的晶格常数满足|(a0-ai)/ai|<0.3％，|(c0-ci)/ci|<1％，i＝1,2，以及(a0-a1)(a0-a2)<0，(c0-c1)(c0-c2)<0，从而非极性面氮化物多量子阱为生长面应力补偿结构；红外光敏元件的顶电极和底电极连接至匹配电路中；匹配电路包括匹配电阻、第一和第二定值电阻、取样电阻、电压截止元件、开关和电源；红外光敏元件与匹配电阻、第一和第二定值电阻共同构成惠斯通电桥；惠斯通电桥的一对相对的接头通过开关连接至电源，形成闭合回路；惠斯通电桥的另一对相对的接头之间连接串联的电压截止元件和取样电阻；调节匹配电阻的大小，使得红外光敏元件在有红外光照射和无红外光照射时电压截止元件的两端电压分别对应大于导通电压和小于导通电压；测量取样电阻两端的电压，从而得到红外光敏元件的探测信号。
2.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述衬底采用m面GaN衬底或a面GaN衬底。
3.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述氮化物模板采用晶格弛豫的非极性面氮化物厚膜，厚度不少于300nm。
4.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述非极性面氮化物多量子阱的势阱进行n型掺杂，其掺杂浓度不低于3×1018cm-3。
5.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述第一和第二氮化物层中Al和In的原子组分x(1)、x(2)、y(1)和y(2)均在[0,1]区间；所述第一和第二氮化物层的周期数不少于10。
6.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述底电极接触层和顶电极接触层为n型掺杂的非极性面氮化物材料，其掺杂浓度不低于5×1018cm-3。
7.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述电压截止元件采用稳压二极管、pn结二极管、肖特基二极管、场效应晶体管中的一种或者多种单组合构成的复合元件。
8.如权利要求1所述的非极性面氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，还包括可调电阻，所述可调电阻与惠斯通电桥、开关和电源串联在闭合回路中。
9.一种非极性面氮化物量子阱红外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)设计结构参数：根据红外探测器的响应波段范围，通过薛定谔-泊松方程自洽求解的方法进行模拟计算，得到红外光敏元件的结构参数；红外光敏元件包括衬底、氮化物模板、底电极接触层、非极性面氮化物多量子阱、顶电极接触层、顶电极、底电极和钝化层；氮化物模板的晶格常数为a0和c0；非极性面氮化物多量子阱包括周期性交替生长的第一氮化物层和第二氮化物层，第一和第二氮化物层的材料分别为Alx(1)Iny(1)Ga[1-x(1)-y(1)]N和Alx(2)Iny(2)Ga[1-x(2)-y(2)]N，x(1)和x(2)分别为第一和第二氮化物层的材料中Al的原子组分，y(1)和y(2)分别为第一和第二氮化物层的材料中In的原子组分；第一氮化物层的晶格常数为a1和c1，弹性系数为c11(1)、c12(1)和c13(1)，第二氮化物层的晶格常数为a2和c2，弹性系数为c11(2)、c12(2)和c13(2)，满足生长面应力补偿结构要求(c11(i)+c12(i))(a0-ai)/ai+c13(i)(c0-ci)/ci＝0，i＝1,2，并且，第一和第二氮化物层的材料与氮化物模板的晶格常数满足|(a0-ai)/ai|<0.3％，|(c0-ci)/ci|<1％，i＝1,2，以及(a0-a1)(a0-a2)<0，(c0-c1)(c0-c2)<0，从而非极性面氮化物多量子阱为生长面应力补偿结构；
2)生长外延晶片：按照步骤1)中的结构参数采用精细外延设备生长高质量外延晶片，清洗衬底使表面洁净以用于外延生长，在衬底上通过缓冲层技术生长不少于300nm的晶格应力弛豫的氮化物模板，在氮化物模板上依次生长底电极接触层、非极性面氮化物多量子阱和顶电极接触层得到外延晶片，生长过程采用原位表征手段进行监测；
3)晶片测试反馈：分别利用X射线衍射、原子力显微镜AFM、透射电子显微镜TEM对外延晶片的多量子阱晶格应力弛豫情况、表面形貌以及界面情况进行测试反馈，利用傅立叶变换红外光谱仪FTIR测试外延晶片的光吸收谱，确定光响应波段范围，TEM测试界面清晰，AFM测试表面粗糙度不大于1nm，FTIR光响应波段满足设计要求；如果外延晶片的性能不满足需要，则返回步骤1)重新优化结构参数和生长条件，直到获得符合要求的外延晶片，进入步骤
4)；
4)制备红外光敏元件：通过紫外光刻和等离子体刻蚀对外延晶片进行台面刻蚀以露出底电极接触层的表面，通过电子束蒸发进行电极蒸镀并快速退火使电极与相应电极接触层形成良好欧姆接触，顶电极选取透明电极或环形电极，采用绝缘材料进行侧边钝化抑制台面侧边的暗电流通路；
5)将红外光敏元件的顶电极和底电极分别接入匹配电路，与匹配电阻、第一和第二定值电阻共同构成惠斯通电桥；惠斯通电桥的一对相对的接头通过开关连接至电源，形成闭合回路；惠斯通电桥的另一对相对的接头之间连接串联的电压截止元件和取样电阻；
6)调节匹配电阻的大小，使得红外光敏元件在有红外光照射和无红外光照射时电压截止元件的两端电压分别对应大于导通电压和小于导通电压；
7)测量取样电阻两端的电压，从而得到红外光敏元件的探测信号。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，结构参数包括：衬底的材料、氮化物模板的材料和厚度、非极性面氮化物多量子阱的势垒和势阱的材料、厚度和周期数、势阱材料的掺杂浓度、底电极接触层和顶电极接触层的材料、厚度和掺杂浓度，非极性面氮化物多量子阱是生长面应力补偿结构，其周期数不少于10；底电极接触层和顶电极接
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触层的材料和n型掺杂浓度相同，其掺杂浓度不低于5×10 cm 。
一种非极性面氮化物量子阱红外探测器及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
不低于5×10 cm 。
具体实施方式
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