[发明专利]AlGaN斜角台面APD器件刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种AlGaN斜角台面APD器件刻蚀方法，其步骤包括：1)预处理，清洁待刻蚀的AlGaN APD器件样品；2)光刻：在AlGaN APD器件样品表面制作厚的光刻胶；3)光刻胶回流：对光刻胶进行高温烘烤，使光刻胶回流，形成极小的倾斜角度；4)图形转移：对AlGaN APD器件样品进行干法刻蚀，将光刻胶倾角转移到AlGaN APD器件样品上；5)去胶：去除残留光刻胶。本发明提供的方法具有工艺简单、可控性强、可重复性高的优点。主要体现在以下两个方面：一方面，通过对光刻胶后烘温度和时间的控制，可实现对掩蔽层图形倾斜角度控制的精确控制；另一方面，通过调节掩蔽层的刻蚀工艺参数，也可在AlGaN基材料中获得具有不同倾斜角度的侧壁。

技术领域

本发明涉及一种AlGaN斜角台面APD器件刻蚀方法，属于半导体光电子材料技术领域。

背景技术

以铝镓氮(AlGaN)为代表的III族氮化物半导体，具有直接带隙，物理、化学性质稳定，是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料。GaN和AlN半导体材料的禁带宽度分别为3.4eV和6.2eV，通过形成AlxGa1-xN多元化合物，其禁带宽度可从3.4～6.2eV连续变化，波长范围覆盖200～365nm，是制备紫外探测器的优选材料。与传统的硅基紫外探测器和紫外光电倍增管相比，AlGaN基半导体材的光电探测器具有更高的灵敏度，可直接实现可见光盲甚至日盲操作，可在高温、强辐射等恶劣环境下工作等明显的优势。

AlGaN基紫外雪崩光电探测器(APD)具有高的响应速度、105以上的增益，甚至可在单光子探测模式下(Geiger模式)工作，可实现对微弱紫外信号的快速测量。雪崩光电二极管一般采用PIN结构，其特征是在P和N半导体材料之间加入一层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层。二极管在反向偏压时，电压几乎全部降落在深耗尽的I层上。当二极管被加上足够高的反向偏压时，耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增；当载流子的雪崩增益非常高时，二极管就进入到雪崩击穿状态。根据应用需求，雪崩光电二极管既可以工作在略低于雪崩击穿电压的状态(线性模式)，也可以工作在略高于雪崩击穿状态(盖革模式)。

由于AlGaN基APD需要工作在高电场模式下，因此，可靠的终端结构(termination)的设计与实现是器件能够稳定工作的关键。理论计算和实验都表明，AlGaN APD采用“小角度倾斜台面”(small angle beveled mesa)可以抑制台面周围的峰值电场，防止器件在高偏压下发生提前击穿，形成有效的终端结构。一个典型的器件结构如图1所示：外延层从上到下分别为P+接触层、P过渡层、i雪崩层和n接触层。其大致的作用原理是：随着倾斜台面向边缘延伸，P+接触层和P过渡层的厚度越来越薄，相应的面电阻随之增大；由于串联电阻效应，在台面边缘的pn结两端的实际偏压就要比台面中部区域的pn结两端偏压要低；这样，尽管台面边缘的电场聚集效应仍然存在，但由于台面边缘有效偏压的降低，台面边缘的电场尖峰会被有效削弱。另外，倾斜台面的倾角越小，在台面边缘的P+接触层和P过渡层的厚度变化区域越长，降压越缓慢越不容易出现电场尖峰。