氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運動為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。根據(jù)其氣敏機(jī)制，非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器一般是采用肖特基結(jié)構(gòu)，以氫氣傳感為例來說明該類傳感器的工作原理:肖特基二極管在與氫氣接觸時，氫氣被吸附在催化金屬表面，在金屬的催化作用下分解為氫原子，氫原子從金屬表面經(jīng)晶格間隙擴(kuò)散到金/半界面，二極管外加偏壓后，氫原子被極化形成偶極層，二極管的勢皇高度降低，輸出電流增大，特性曲線發(fā)生漂移來檢測氫氣的存在。肖特基二極管型氣體傳感器具有制備簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。常用的半導(dǎo)體材料有S1、GaN、SiC等，只需在半導(dǎo)體材料上沉積一層很薄的金屬就可形成肖特基結(jié)，一般采用金屬Pt和Pd，金屬Pt和Pd不僅可以與半導(dǎo)體材料形成肖特基結(jié)，同時由于它們對氫氣的吸附具有催化作用，更能促進(jìn)氫氣分子在器件表面的吸附，提高了傳感器的靈敏度。而氮化鎵基異質(zhì)結(jié)器件，其柵金屬與半導(dǎo)體剛好形成肖特基勢皇，同時具有較高的電子濃度，因此特別適用于制作氣敏傳感器件。
[0003]在本發(fā)明以前，普遍采用的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的制造方法為:在襯底上依次生長氮化鎵緩沖層、非有意摻雜高迀移率氮化鎵層、delta摻雜或非有意摻雜鋁鎵氮勢皇層、金屬Pt或Pd。由于這種傳統(tǒng)制作，為了獲得更高的傳感靈敏度(即電流變化率)，通常需要更高濃度的二維電子氣，而這就需要鋁鎵氮勢皇層中的鋁組分較高，同時傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對二維電子氣的限制僅靠鋁鎵氮與氮化鎵的異質(zhì)結(jié)處形成的三角勢阱，所以對二維電子氣的限制作用有所局限，所以當(dāng)?shù)壔愘|(zhì)結(jié)氣敏傳感器工作時，如果加以較大的漏極電壓，就會引起一定的緩沖層漏電，從而引起電流下降而影響測量。同時由于高鋁組分的鋁鎵氮勢皇層表面形貌較差，具有氣敏傳感特性的金屬如Pt電極不容易制作在其表面。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的制造方法。本發(fā)明是通過控制生長條件，如溫度、壓力，同時采用了特定的生長制作方法制作出了具有銦鎵氮插入層和階變鋁鎵氮勢皇層結(jié)構(gòu)的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器，其中銦鎵氮插入層的導(dǎo)帶底能級在其壓電極化電場的作用下被抬高，更好的把載流子限制在溝道之中。而階變鋁鎵氮勢皇層結(jié)構(gòu)緩解了晶格適配的拉應(yīng)力，提高了晶體質(zhì)量和表面形貌，同時提高了鋁鎵氮勢皇層的有效鋁組分，便于在其上制作Pt等具有傳感特性的金屬電極，使得該傳感器具有較好的靈敏度。
【附圖說明】
[0005]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作一個詳細(xì)的描述，其中:
[0006]圖1是本發(fā)明的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖2是本發(fā)明的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的能帶示意圖；
[0008]圖3是本發(fā)明的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的表面原子力顯微鏡的測試結(jié)果；
[0009]圖4是本發(fā)明的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的在100°C下的循環(huán)響應(yīng)曲線。
【具體實施方式】
[0010]請參閱圖1所示，本發(fā)明發(fā)明了一種氮化鎵基異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器的制造方法，其中包括:
[0011](I)選擇一襯底10 ;該襯底10的材料為藍(lán)寶石或硅或碳化硅或GaLi03、ZnO ；
[0012](2)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積法，在襯底上生長一層低溫氮化鎵成核層20，該低溫氮化鎵成核層20的生長溫度為500?600°C之間，生長壓力為5.33 X 14?8.0 X 104帕，生長厚度為0.01?0.06μπι;
[0013](3)提高襯底10的溫度，在低溫氮化鎵成核層20上生長非有意摻雜氮化鎵高阻層30，該非有意摻雜氮化鎵高阻層30的生長溫度為1000?1100°C之間，生長壓力為
1.33 X 14?4.0 X 10 4帕，生長厚度為I?5μπι;
[0014](4)改變生長室壓力和降低溫度，在非有意摻雜氮化鎵高阻層30上生長一層銦鎵氮插入層40，該銦鎵氮插入層40的生長溫度在700?850°C之間，生長壓力為1.33 X 14?
4.0X 14帕，生長厚度為I?10nm，銦組分為1%?10% ;
[0015](5)不改變生長溫度，在銦鎵氮插入層40之上生長很薄的低溫氮化鎵隔離層50，用來防止銦的分凝擴(kuò)散，該低溫氮化鎵隔離層50，生長溫度在700?850°C之間，生長壓力為1.33 XlO4- 4.0 X 10 4帕，生長厚度為I?5nm ;
[0016](6)改變生長室壓力和提高溫度，在低溫氮化鎵隔離層50之上，生長非有意摻雜高迀移率氮化鎵層60，該非有意摻雜高迀移率氮化鎵層60，生長溫度在1000?1100°C之間，生長壓力為5.33 X 14?8.0X 10 4帕，生長厚度為10?300nm，優(yōu)化值在10?50nm ；
[0017](7)在非有意摻雜高迀移率氮化鎵層60上，生長很薄的氮化鋁插入層70，該氮化鋁插入層70，生長溫度在1000?1100°C之間，生長壓力為1.33X 104?4.0X 10 4帕，生長厚度在I?3nm之間；
[0018](8)在氮化鋁插入層70上生長3層非有意摻雜的鋁鎵氮勢皇層，分別為勢皇層80、勢皇層90和勢皇層100，生長溫度在1000?IlOOcC之間，生長壓力為1.33X 104?
4.0X 14帕。其中勢皇層80生長厚度在5?1nm之間，鋁組分為40?50%;勢皇層90生長厚度在5?1nm之間，鋁組分為25?35% ;勢皇層100生長厚度在5?1nm之間，鋁組分為5?15% ；
[0019](9)最后生長非有意摻雜的氮化鎵帽層110，該非有意摻雜的氮化鎵帽層90，生長溫度在1000?IlOOcC之間，生長壓力為1.33X 104?4.0X 10 4帕，生長厚度在I?300nm之間。
[0020](10)使用磁控濺射技術(shù)或電子束蒸發(fā)技術(shù)，在氮化鎵帽層上淀積具有氣敏傳感特性的肖特基電極120。
[0021]請參閱圖2所示的具體能帶圖結(jié)構(gòu)，本發(fā)明關(guān)鍵在于通過分析異質(zhì)結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體的自發(fā)和壓電極化效應(yīng)，采用了銦鎵氮插入層改善對