本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制作，更為具體地說(shuō)，涉及一種外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、日盲紫外探測(cè)器(uv-pd)具有高信噪比、低誤警率的優(yōu)勢(shì)，目前已廣泛應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)警、臭氧監(jiān)測(cè)以及高壓電暈檢測(cè)、導(dǎo)彈識(shí)別跟蹤、艦載通訊、深空探測(cè)等方面對(duì)超長(zhǎng)距離、超高精度需求等民用與國(guó)防領(lǐng)域。商業(yè)化的uv-pd以硅(s?i)基的電荷耦合器件(ccd)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)器件以及光倍增管(pmt)為主。此類器件工作時(shí)需要濾光片來(lái)排除可見光的干擾，且pmt需要施加上千伏的電壓以獲得高增益，從而增加了探測(cè)系統(tǒng)的體積與能耗。超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵(ga2o3)材料，具有高達(dá)4.9ev的帶隙以及極高的光吸收系數(shù)，是制備高靈敏度、高量子效率uv-pd的極具潛力的候選者。目前ga2o3?uv-pd已展示出了出色的成像能力，將實(shí)現(xiàn)在醫(yī)療藥物成像、宇宙天體觀測(cè)以及日常紫外防護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、但已有技術(shù)中的ga2o3日盲紫外探測(cè)器以pd芯片、電信號(hào)處理系統(tǒng)組成，pd芯片在探測(cè)到紫外光后所產(chǎn)生的電流需要經(jīng)過電信號(hào)處理模塊才能反饋探測(cè)信息，不適用于直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景以及探測(cè)器小型化需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種外延結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件及其制作方法，以解決已有技術(shù)中氧化鎵日盲紫外探測(cè)器需配備電信號(hào)處理系統(tǒng)才能反饋探測(cè)信息，不適用于直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景以及探測(cè)器小型化需求的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外延結(jié)構(gòu)包括：

4、ga2o3襯底；

5、設(shè)置在所述ga2o3襯底上的外延疊層，所述外延疊層至少包括：從下至上依次層疊于所述ga2o3襯底上的第一絕緣隔離層、gan溝道層、勢(shì)壘層、第二絕緣隔離層、n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)以及p型半導(dǎo)體層。

6、優(yōu)選地，在所述ga2o3襯底上采用一次外延獲得所述外延疊層，且，所述第一絕緣隔離層的晶格常數(shù)介于ga2o3襯底與gan溝道層的晶格常數(shù)之間。

7、優(yōu)選地，所述第二絕緣隔離層的晶格常數(shù)介于勢(shì)壘層與n型半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間。

8、優(yōu)選地，所述第一絕緣隔離層和第二絕緣隔離層皆包括氮化物高阻材料。

9、優(yōu)選地，所述外延疊層還包括位于所述ga2o3襯底與所述第一絕緣隔離層之間，且朝所述第一絕緣隔離層方向依次層疊設(shè)置的成核層和緩沖層。

10、本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括：

11、采用上述任一項(xiàng)所述的外延結(jié)構(gòu)；

12、其中，所述ga2o3襯底朝向所述外延疊層的一側(cè)具有裸露的第一臺(tái)面，所述勢(shì)壘層背離所述gan溝道層的一側(cè)具有裸露的第二臺(tái)面，n型半導(dǎo)體層背離所述第二絕緣隔離層的一側(cè)具有裸露的第三臺(tái)面，且所述p型半導(dǎo)體層背離所述有源區(qū)的一側(cè)為第四臺(tái)面；

13、第一組電極結(jié)構(gòu)，其位于所述第一臺(tái)面，并與所述ga2o3襯底構(gòu)成光探測(cè)器；

14、第二組電極結(jié)構(gòu)，其位于所述第二臺(tái)面，并與所述gan溝道層及所述勢(shì)壘層構(gòu)成晶體管；

15、第三組電極結(jié)構(gòu)，其位于所述第三臺(tái)面及所述第四臺(tái)面，并與所述n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)及p型半導(dǎo)體層構(gòu)成發(fā)光二極管；

16、其中，所述光探測(cè)器、所述晶體管及所述發(fā)光二極管依次串聯(lián)電連接，且，所述第一組電極結(jié)構(gòu)、所述第二組電極結(jié)構(gòu)及所述第三組電極結(jié)構(gòu)皆與所述外延疊層的側(cè)壁絕緣設(shè)置。

17、優(yōu)選地，所述第一組電極結(jié)構(gòu)為pd電極；

18、所述第二組電極結(jié)構(gòu)包括：漏極、源極和柵極，所述漏極、所述源極皆與所述勢(shì)壘層形成歐姆接觸，所述柵極與所述勢(shì)壘層形成肖特基接觸；

19、所述第三組電極結(jié)構(gòu)包括：位于所述第三臺(tái)面的n電極和位于所述第四臺(tái)面的p電極。

20、優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括鈍化層，所述鈍化層覆蓋所述外延疊層的裸露面。

21、優(yōu)選地，所述鈍化層還覆蓋所述第二組電極結(jié)構(gòu)及所述第三組電極結(jié)構(gòu)的裸露面，并顯露所述第一組電極結(jié)構(gòu)，所述鈍化層包括貫穿所述鈍化層的第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔以及第五通孔；

22、且，所述半導(dǎo)體器件還包括：位于所述鈍化層背離所述ga2o3襯底一側(cè)的第一焊盤、第二焊盤、第三焊盤、第四焊盤、第五焊盤、第六焊盤；

23、其中，所述第一焊盤通過嵌入所述第一通孔的方式與所述漏極連接；所述第二焊盤通過嵌入所述第二通孔的方式與所述p電極連接；所述第三焊盤通過嵌入所述第三通孔的方式與所述n電極連接；所述第四焊盤通過嵌入所述第四通孔的方式與所述柵極連接；所述第五焊盤通過嵌入所述第五通孔的方式與所述源極連接；所述第六焊盤通過延伸至所述鈍化層的側(cè)壁與所述pd電極連接。

24、本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括：

25、步驟一、制作外延結(jié)構(gòu)；

26、具體的，提供一ga2o3襯底，在所述ga2o3襯底上通過一次外延工藝形成外延疊層，所述外延疊層至少包括沿生長(zhǎng)方向依次層疊的第一絕緣隔離層、gan溝道層、勢(shì)壘層、第二絕緣隔離層、n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)以及p型半導(dǎo)體層；

27、步驟二、刻蝕所述外延疊層并制備第一組電極結(jié)構(gòu)、第二組電極結(jié)構(gòu)及第三組電極，形成半導(dǎo)體器件；

28、具體的，通過刻蝕工藝，以使所述ga2o3襯底朝向所述外延疊層的一側(cè)具有裸露的第一臺(tái)面，所述勢(shì)壘層背離所述gan溝道層的一側(cè)具有裸露的第二臺(tái)面，n型半導(dǎo)體層背離所述第二絕緣隔離層的一側(cè)具有裸露的第三臺(tái)面，且所述p型半導(dǎo)體層背離所述有源區(qū)的一側(cè)為第四臺(tái)面；并在所述第一臺(tái)面制作第一組電極結(jié)構(gòu)，其與所述ga2o3襯底構(gòu)成光探測(cè)器；在所述第二臺(tái)面制作第二組電極結(jié)構(gòu)，其與所述gan溝道層及所述勢(shì)壘層構(gòu)成晶體管；在所述第三臺(tái)面及所述第四臺(tái)面制作第三組電極結(jié)構(gòu)，其與所述n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)及p型半導(dǎo)體層構(gòu)成發(fā)光二極管；

29、其中，所述光探測(cè)器、所述晶體管及所述發(fā)光二極管依次串聯(lián)電連接，且，所述第一組電極結(jié)構(gòu)、所述第二組電極結(jié)構(gòu)及所述第三組電極結(jié)構(gòu)皆與所述外延疊層的側(cè)壁絕緣設(shè)置。

30、經(jīng)由上述的技術(shù)方案，從而達(dá)到如下效果：

31、本發(fā)明所提供的一種外延結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)包括：ga2o3襯底；設(shè)置在ga2o3襯底上的外延疊層，外延疊層至少包括：從下至上依次層疊于ga2o3襯底上的第一絕緣隔離層、gan溝道層、勢(shì)壘層、第二絕緣隔離層、n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)以及p型半導(dǎo)體層，該外延結(jié)構(gòu)單片集成多種寬禁帶半導(dǎo)體材料，其中，ga2o3襯底可用于形成光探測(cè)器，gan溝道層及勢(shì)壘層可用于形成晶體管，n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)及p型半導(dǎo)體層可用于形成發(fā)光二極管，以用于制作實(shí)現(xiàn)直觀、實(shí)時(shí)的監(jiān)控紫外光的功能的半導(dǎo)體器件，不需要配備額外的電信號(hào)處理系統(tǒng)也能反饋探測(cè)信息，且可以實(shí)現(xiàn)日盲紫外探測(cè)器小型化需求。

32、進(jìn)一步，在ga2o3襯底上可采用一次外延獲得外延疊層，ga2o3半導(dǎo)體材料具有寬禁帶特性(禁帶寬度～4.8ev)，及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，適合高溫外延生長(zhǎng)環(huán)境，在ga2o3襯底上形成第一絕緣隔離層，第一絕緣隔離層利用其高絕緣性和與ga2o3襯底的熱匹配性，來(lái)隔離ga2o3襯底與后續(xù)功能層，減少漏電流，且，第一絕緣隔離層的晶格常數(shù)介于ga2o3襯底與gan溝道層的晶格常數(shù)之間，使第一絕緣隔離層可有效緩解ga2o3襯底與gan溝道層之間的晶格失配，減少位錯(cuò)密度，為后續(xù)多層生長(zhǎng)提供高質(zhì)量模板，利用ga2o3襯底和外延功能層的晶格適配特性和熱匹配性，從而可直接一次外延生長(zhǎng)獲得外延疊層。且，采用一次外延方式集成多種寬禁帶半導(dǎo)體材料，可以減化材料制備工藝，為實(shí)現(xiàn)不同寬禁帶半導(dǎo)體器件的單片集成奠定基礎(chǔ)。

33、進(jìn)一步，設(shè)置第二絕緣隔離層的晶格常數(shù)介于勢(shì)壘層與n型半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間，第二絕緣隔離層可有效緩解勢(shì)壘層與n型半導(dǎo)體層之間的晶格失配，進(jìn)而提高外延疊層的晶體質(zhì)量。

34、進(jìn)一步，設(shè)置第一絕緣隔離層和第二絕緣隔離層皆包括氮化物高阻材料，氮化物高阻材料的晶格匹配靈活性高，更方便調(diào)控氮化物高阻材料的晶格常數(shù)來(lái)起到晶格過渡、減小失配的作用；且，氮化物高阻材料的熱膨脹系數(shù)接近i?i?i-v族(寬禁帶)材料，可減少熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋；另外，氮化物高阻材料的化學(xué)穩(wěn)定性高，在高溫下氮化物能抑制氮化物高阻材料兩側(cè)功能層之間的擴(kuò)散反應(yīng)。

35、本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體器件，采用上述任一項(xiàng)的外延結(jié)構(gòu)，其中，第一組電極結(jié)構(gòu)與ga2o3襯底構(gòu)成光探測(cè)器，第二組電極結(jié)構(gòu)與gan溝道層及勢(shì)壘層構(gòu)成晶體管，第三組電極結(jié)構(gòu)與n型半導(dǎo)體層、有源區(qū)及p型半導(dǎo)體層構(gòu)成發(fā)光二極管，光探測(cè)器、晶體管及發(fā)光二極管依次串聯(lián)電連接，該半導(dǎo)體器件將光探測(cè)器、晶體管及發(fā)光二極管以依次垂直層疊的方式集成在同一模塊，可實(shí)現(xiàn)日盲紫外探測(cè)器小型化需求，且，ga2o3襯底的寬禁帶對(duì)應(yīng)吸收日盲紫外波段(240-280nm)，以使光探測(cè)器實(shí)現(xiàn)紫外光信號(hào)接收；gan溝道層與勢(shì)壘層作為晶體管的核心結(jié)構(gòu)，在gan溝道層與勢(shì)壘層之間的異質(zhì)結(jié)界面處，由于極化效應(yīng)和能帶偏移，電子被限制在納米級(jí)薄層內(nèi)，形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(2deg)以實(shí)現(xiàn)光電流放大；n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層分別通過n型摻雜和p型摻雜實(shí)現(xiàn)載流子調(diào)控，在有源區(qū)進(jìn)行復(fù)合發(fā)光，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管發(fā)出可見光。半導(dǎo)體器件連接工作電源后，光探測(cè)器在實(shí)現(xiàn)紫外光信號(hào)接收后，光探測(cè)器發(fā)揮ga2o3材料在紫外探測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)紫外光接收并產(chǎn)生光電流，在電場(chǎng)作用下光電流從光探測(cè)器流入晶體管，晶體管將光電流放大后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出可見光，實(shí)現(xiàn)直觀、實(shí)時(shí)的監(jiān)控紫外光的功能，在監(jiān)控電暈、火災(zāi)發(fā)生、以及全雙工室內(nèi)光通信場(chǎng)景具有廣闊的應(yīng)用前景。

36、另外，gan溝道層和勢(shì)壘層設(shè)置在第一絕緣隔離層和第二絕緣隔離層之間，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能有效抑制晶體管熱電子發(fā)射效應(yīng)，顯著降低漏電流的產(chǎn)生，且不會(huì)對(duì)光探測(cè)器與發(fā)光二極管造成不良影響；同時(shí)，該設(shè)計(jì)在高電壓下增強(qiáng)了器件的耐壓性能減少擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

37、此外，第一絕緣隔離層的設(shè)置可提高晶體管的晶體質(zhì)量，第二絕緣隔離層的設(shè)置可提高發(fā)光二極管的晶體質(zhì)量，從而提升半導(dǎo)體器件整體性能。

38、本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體器件的制作方法，在實(shí)現(xiàn)上述半導(dǎo)體器件的有益效果的同時(shí)，其采用外延方式集成多種寬禁帶半導(dǎo)體材料，減化材料制備工藝實(shí)現(xiàn)同一襯底不同寬禁帶半導(dǎo)體器件的單片集成制備，制備方法適用于傳統(tǒng)集成電路的器件制備工藝，制作簡(jiǎn)單、便捷，便于生產(chǎn)化，且不增加額外器件制備成本。