GaN基等離子激元探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種GaN基等離子激元探測(cè)器，涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。自下至上包括襯底、AlN緩沖層、GaN層和AlGaN層，AlGaN層上方左側(cè)和右側(cè)為源端和漏端歐姆接觸金屬層，源端和漏端歐姆接觸金屬層與AlGaN和GaN層接觸，且在AlGaN和GaN層上的厚度相等且大于AlGaN層厚度；中間為石墨烯層，包括第一、第二石墨烯層和石墨烯周期型柵肖特基接觸層，且與AlGaN層和GaN層接觸，第一與第二石墨烯層相連且呈T形，第二石墨烯層與石墨烯周期型柵肖特基接觸層相連；第一石墨烯層上設(shè)有歐姆接觸電極。本實(shí)用新型采用石墨烯周期型柵結(jié)構(gòu)，與金屬柵相比，增加了太赫茲波透過(guò)率和太赫茲波與二維電子氣的耦合效率。
【專利說(shuō)明】GaN基等離子激元探測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz)波是指頻率在0.3-3THZ范圍內(nèi)的電磁波，其中l(wèi)THz=1000GHz。THz波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，THz技術(shù)是國(guó)際科技界公認(rèn)的一個(gè)非常重要的交叉前沿領(lǐng)域。
[0003]要實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的利用，需要有相應(yīng)的太赫茲波檢測(cè)手段。目前可以實(shí)現(xiàn)太赫茲探測(cè)的技術(shù)主要有:1、基于等尚子激兀的太赫茲探測(cè)器；2、基于肖特基二極管的探測(cè)器；3、基于熱電輻射計(jì)的太赫茲探測(cè)器；4、基于多量子阱的太赫茲探測(cè)器。其中基于肖特基二極管的探測(cè)技術(shù)，一般需要本振鏈路，接收系統(tǒng)比較復(fù)雜?；跓犭娸椛溆?jì)和多量子阱技術(shù)的太赫茲探測(cè)器，需要低溫冷卻裝置。基于等離子激元的太赫茲探測(cè)器，可以將待測(cè)太赫茲波的能量直接轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并且響應(yīng)速度快，且室溫工作，是目前非常有前途的一種太赫茲探測(cè)技術(shù)。主要基于氮化鎵(GaN)材料和砷化鎵(GaAs)材料，由于前者二維電子氣濃度更高，主要研究的還是基于GaN的等離子激元探測(cè)器。目前等離子激元探測(cè)器主要有單柵長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和周期光柵型柵結(jié)構(gòu)。基于周期光柵型柵結(jié)構(gòu)的探測(cè)器，由于周期光柵型柵可以提高太赫茲波與探測(cè)器的耦合效率，并且其對(duì)二維電子氣的調(diào)制能力更強(qiáng)，因此周期光柵型柵的等離子激元探測(cè)器研究的越來(lái)越多，但是周期光柵型柵由于柵部分全是金屬，周期光柵型柵金屬減少了太赫茲波的實(shí)際照射面積，也就減少了太赫茲波與二維電子氣的耦合效率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GaN基等離子激元探測(cè)器，該探測(cè)器采用周期型柵結(jié)構(gòu)，周期型柵采用石墨烯，而不是傳統(tǒng)的金屬，與金屬柵相比，增加了太赫茲波的透過(guò)率，即增加了太赫茲波與二維電子氣的耦合效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:自下至上包括襯底、AlN緩沖層、GaN層和AlGaN層，AlGaN層面積小于GaN層面積，在AlGaN層上方左側(cè)為源端歐姆接觸金屬層，AlGaN層上方右側(cè)為漏端歐姆接觸金屬層，源端歐姆接觸金屬層和漏端歐姆接觸金屬層均與AlGaN層和GaN層相接觸，源端歐姆接觸金屬層和漏端歐姆接觸金屬層在AlGaN層和GaN層上的厚度相等且大于AlGaN層的厚度；AlGaN層上方中間為石墨烯層，石墨烯層包括第一石墨烯層、第二石墨烯層和石墨烯周期型柵肖特基接觸層，第一石墨烯層與第二石墨烯層相連且呈T形分布，第二石墨烯層與石墨烯周期型柵肖特基接觸層相連，石墨烯周期型柵肖特基接觸層由平行且均勻分布的10-100個(gè)條形石墨烯構(gòu)成，石墨烯層與AlGaN層和GaN層相接觸；第一石墨烯層上設(shè)有歐姆接觸電極。
[0006]優(yōu)選的，襯底為藍(lán)寶石、S1、SiC或者GaN。
[0007]優(yōu)選的，源端歐姆接觸金屬層自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。[0008]優(yōu)選的，漏端歐姆接觸金屬層自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。
[0009]優(yōu)選的，歐姆接觸電極采用金屬材料制成，金屬材料自下至上依次為T(mén)1、Au。
[0010]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0011](I)本實(shí)用新型離子激元探測(cè)器采用周期型柵結(jié)構(gòu)，周期型柵采用石墨烯，而不是傳統(tǒng)的金屬，與金屬柵相比，減弱了金屬對(duì)太赫茲波的衰減，增加了太赫茲波的透過(guò)率，即增加了太赫茲波與二維電子氣的耦合效率；
[0012](2)本實(shí)用新型離子激元探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的直接、快速和靈敏檢測(cè)，可應(yīng)用于太赫茲成像，通信等領(lǐng)域，且太赫茲探測(cè)市場(chǎng)廣闊，具有非常大的應(yīng)用前景；
[0013](3)本實(shí)用新型離子激元探測(cè)器成本低廉，制作工藝簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0015]圖1是本實(shí)用新型的俯視圖；
[0016]圖2是圖1的A-A斷面圖；
[0017]圖中，1、源端歐姆接觸金屬層；2、AlGaN層；3、第一石墨烯層；4、歐姆接觸電極；5、第二石墨烯層；6、漏端歐姆接觸金屬層；7、石墨烯周期型柵肖特基接觸層；8、GaN層；9、A1N緩沖層；10、襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0018]一種GaN基等離子激元探測(cè)器，見(jiàn)圖1和圖2所示，自下至上包括襯底10、A1N(氮化鋁)緩沖層9、GaN (氮化鎵)層8和AlGaN (氮化鋁鎵)層2，AlGaN層2面積小于GaN層8面積，在AlGaN層2上方左側(cè)為源端歐姆接觸金屬層1，AlGaN層2上方右側(cè)為漏端歐姆接觸金屬層6，源端歐姆接觸金屬層I和漏端歐姆接觸金屬層6均與AlGaN層2和GaN層8相接觸，源端歐姆接觸金屬層I和漏端歐姆接觸金屬層6在AlGaN層2和GaN層8上的厚度相等且大于AlGaN層2的厚度；AlGaN層2上方中間為石墨烯層，石墨烯層包括第一石墨烯層3、第二石墨烯層5和石墨烯周期型柵肖特基接觸層7，第一石墨烯層3與第二石墨烯層5相連且呈T形分布，第二石墨烯層5與石墨烯周期型柵肖特基接觸層7相連，石墨烯周期型柵肖特基接觸層7由平行且均勻分布的10-100個(gè)條形石墨烯構(gòu)成，石墨烯層與AlGaN層2和GaN層8相接觸；第一石墨烯層3上設(shè)有歐姆接觸電極4。
[0019]襯底10為藍(lán)寶石、S1、SiC或者GaN。
[0020]源端歐姆接觸金屬層I自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。
[0021]漏端歐姆接觸金屬層6自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。
[0022]歐姆接觸電極4采用金屬材料制成，金屬材料自下至上依次為T(mén)1、Au。
[0023]襯底10處在等離子激元探測(cè)器的最下方，用以支撐整個(gè)等離子激元探測(cè)器；在襯底10上有外延生長(zhǎng)的AlN緩沖層9，在AlN緩沖層9上有外延生長(zhǎng)的GaN層8，在GaN層8上有外延生長(zhǎng)的AlGaN層2;在AlGaN層2上方左側(cè)為源端歐姆接觸金屬層I，金屬層自下至上為T(mén)i/Al/Ni/Au，在AlGaN層2上方右側(cè)為漏端歐姆接觸金屬層6，金屬層自下至上為T(mén)i/Al/Ni/Au，在AlGaN層2上方中間為石墨烯層，石墨烯層通過(guò)歐姆接觸電極4實(shí)現(xiàn)饋電，歐姆接觸電極4層自下至上可以為金屬鈦、金。[0024]本等離子激元可通過(guò)以下半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)。第一步，臺(tái)面刻蝕，臺(tái)面區(qū)域?yàn)锳lGaN層2，通過(guò)干法刻蝕的方法，只保留2區(qū)域的AlGaN，形成AlGaN層2和GaN層8之間的臺(tái)面。第二步，制作源漏歐姆接觸，如圖1所示源端歐姆接觸金屬層1、漏端歐姆接觸金屬層6區(qū)域，通過(guò)蒸發(fā)金屬，金屬層自下至上為T(mén)i/Al/Ni/Au,通過(guò)合金,金屬與AlGaN層2形成歐姆接觸。第三部，制作石墨烯層，通過(guò)襯底轉(zhuǎn)移的方式將石墨烯附著在AlGaN層2和GaN層8上，通過(guò)光刻和干法刻蝕，只保留圖1中第一石墨烯層3、第二石墨烯層5和石墨烯周期型柵肖特基接觸層7區(qū)域的石墨烯。第四步，在第一石墨烯層3上制作歐姆接觸電極4，實(shí)現(xiàn)饋電。
[0025]用作探測(cè)器時(shí)，源端歐姆接觸金屬層I接地，在歐姆接觸電極4層上加?xùn)烹妷?，用以調(diào)節(jié)AlGaN層2層中的二維電子氣，一般柵電壓為器件跨導(dǎo)最大處對(duì)應(yīng)的電壓值，在漏端歐姆接觸金屬層6處檢測(cè)由于太赫茲波照射而產(chǎn)生的直流信號(hào)。該探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲入射功率的探測(cè)。
[0026]目前的周期型柵結(jié)構(gòu)等離子激元探測(cè)器的柵部分全是金屬，減少了太赫茲波的實(shí)際照射面積，也就減少了太赫茲波與二維電子氣的耦合效率，本實(shí)用新型離子激元探測(cè)器周期型柵采用石墨烯，與金屬柵相比，減弱了金屬對(duì)太赫茲波的衰減，增加了太赫茲波的透過(guò)率，即增加了太赫茲波與二維電子氣的耦合效率；同時(shí)，本實(shí)用新型離子激元探測(cè)器，成本低廉，制作工藝簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的直接、快速和靈敏檢測(cè)，可應(yīng)用于太赫茲成像，通信等領(lǐng)域，具有非常大的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基等離子激元探測(cè)器，其特征在于自下至上包括襯底(10)、AlN緩沖層(9)、GaN層(8)和AlGaN層(2)，AlGaN層(2)面積小于GaN層(8)面積，在AlGaN層(2)上方左側(cè)為源端歐姆接觸金屬層(I )，AlGaN層(2)上方右側(cè)為漏端歐姆接觸金屬層(6)，所述源端歐姆接觸金屬層(I)和漏端歐姆接觸金屬層(6)均與AlGaN層(2)和GaN層(8)相接觸，源端歐姆接觸金屬層(I)和漏端歐姆接觸金屬層(6 )在AlGaN層(2 )和GaN層(8 )上的厚度相等且大于AlGaN層(2)的厚度；AlGaN層(2)上方中間為石墨烯層，所述石墨烯層包括第一石墨烯層(3)、第二石墨烯層(5)和石墨烯周期型柵肖特基接觸層(7)，所述第一石墨烯層(3 )與第二石墨烯層(5 )相連且呈T形分布，第二石墨烯層(5 )與石墨烯周期型柵肖特基接觸層(7)相連，所述石墨烯周期型柵肖特基接觸層(7)由平行且均勻分布的10-100個(gè)條形石墨烯構(gòu)成，所述石墨烯層與AlGaN層(2)和GaN層(8)相接觸；所述第一石墨烯層(3)上設(shè)有歐姆接觸電極(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基等離子激元探測(cè)器，其特征在于所述襯底(10)為藍(lán)寶石、S1、SiC 或者 GaN0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基等離子激元探測(cè)器，其特征在于所述源端歐姆接觸金屬層(I)自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基等離子激元探測(cè)器，其特征在于所述漏端歐姆接觸金屬層(6)自下至上依次為T(mén)1、Al、N1、Au。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基等離子激元探測(cè)器，其特征在于所述歐姆接觸電極(4)采用金屬材料制成，金屬材料自下至上依次為T(mén)1、Au。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK203760501SQ201420150501
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王俊龍, 梁士雄, 邢東, 張立森, 楊大寶, 蔚翠, 馮志紅 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所