一种金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构及制备方法

本发明涉及光电显示领域，特别涉及一种金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构及制备方法。

背景技术：

1、氮化镓材料因其电子迁移率高、禁带宽度宽、电子饱和漂移速度高、热导性能良好、光电子效率高在led和msm器件中具有许多优点。氮化镓基探测器件在紫外波段(通常为200nm至365nm)具有良好的光电探测性能。这种特性使得氮化镓紫外探测器能够实现对紫外光的高灵敏度探测。

2、金属-半导体-金属(msm)光电探测器是一种常见的光电探测器，通常用于检测可见光、红外线或紫外线等波长的光。它由两个金属电极夹持的半导体层构成。光线照射到半导体表面时，会产生电子-空穴对，从而在金属电极之间产生电流。msm光电探测器具有快速响应和较高的灵敏度等优点，因此在通信、传感和光学成像等领域广泛应用。发光二极管(led)是一种半导体器件，能够将电能转换成光能。当电流通过led芯片时，半导体材料内的电子与空穴结合，释放出光子，产生可见光。led具有低功耗、长寿命和快速开关等优点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。

3、目前，msm器件与led器件电路一般采用分离元件构造电路实现，需要额外的器件之间的连接电阻，性能相对较差。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构，旨在提供金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构；本发明以缓冲层作为一层外延，在led外延基础上制备msm，不需要制备额外的制备msm外延，简化了工艺流程。这种集成可以减少器件之间的连接电阻，提高器件的性能和稳定性，并简化制造流程。

2、为实现上述目的，在本发明第一方面，提供一种金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构，所述同质集成结构包括：

3、衬底；

4、半导体缓冲外延层；

5、设置于所述半导体缓冲外延层上的第一金属接触层，第二金属接触层；其中，所述第一金属接触层与所述-第二金属接触层之间设置有用于接收待探测光的开口区；所述第一金属接触层、所述开口区所对应的所述半导体缓冲外延层、所述第二金属接触层构成msm结构单元；

6、设置于所述半导体缓冲外延层上的led-pn结单元；所述led-pn结单元包括下层半导体、上层半导体；且所述下层半导体的台阶面上设置有第三金属接触层，所述第二金属接触层与所述第三金属接触层之间设置有第一金属层电连接；所述第一金属层与所述下层半导体之间设置有第一绝缘层；

7、设置于所述led-pn结单元的所述上层半导体上的所述第四接触层；

8、其中，所述第一金属接触层、所述开口区所对应的所述半导体缓冲外延层、所述第二金属接触层、所述第一金属层、所述led-pn结单元依次相连用于与外界驱动根据所述开口区的受光情况而形成电通路。

9、在一具体实施方式中，所述下层半导体、所述上层半导体分别互斥地为n型半导体层或p型半导体层；其中，当所述上层半导体为p型半导体层时，所述第四接触层为所述同质集成结构的阳极，所述第一金属接触层为所述同质集成结构的阴极；当所述上层半导体为n型半导体层时，所述第四接触层为所述同质集成结构的阴极极，所述第一金属接触层为所述同质集成结构的阳极。

10、在一具体实施方式中，所述下层半导体、所述上层半导体分别互斥地为n型氮化镓层或p型氮化镓层，且所述下层半导体、所述上层半导体还设置有量子阱层。

11、在一具体实施方式中，所述led-pn结单元的主体发光方向为朝所述第四接触层所在侧，且所述第一金属层还用于遮挡所述led-pn结单元相对于所述开口区的余光。在该技术方案中，所要解决的技术问题是led-pn结单元发生漏光时，会照射到msm器件区域而造成所测量的光发生变化而造成误差，故而，采用第一金属层进行遮挡操作。

12、在一具体实施方式中，所述上层半导体至所述下层半导体直接的台阶面还设置有第二绝缘层以及第二金属层，所述第二金属层用于遮挡所述led-pn结单元相对于所述开口区的余光。在该技术方案中，所要解决的技术问题是led-pn结单元发生漏光时，会照射到msm器件区域而造成所测量的光发生变化而造成误差，故而，采用第二金属层进行遮挡操作。相对于第一金属层进行遮挡，第二金属层的遮挡效果更佳。

13、在一具体实施方式中，所述第二金属接触层、所述第三金属接触层以及所述第一金属层为一次镀膜。

14、此外，第四接触层也可以采用金属电极，此时可以与第二金属接触层、所述第三金属接触层以及所述第一金属层等进行一次镀膜；值得一提的是，可以通过设置较窄的尺寸或者镂空设计以便提高透射率。

15、在一具体实施方式中，所述第一绝缘层采用氮化硅。

16、在本发明的第二方面，提供一种金属-半导体-金属光电探测器与发光二极管的同质集成结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

17、s1：在衬底表面沉积一层半导体缓冲外延层，在所述半导体缓冲外延层上沉积led-pn结单元对应的下层半导体、上层半导体；

18、s2：刻蚀去除部分上层半导体；

19、s3：刻蚀去除部分下层半导体，在所述半导体缓冲外延层创建了msm表面；其中，所述下层半导体在所述msm表面侧的刻蚀量相对于所述上层半导体保留有所述下层半导体的台阶面；

20、s4：沉积制作第一绝缘层,并经刻蚀在所述msm表面与所述下层半导体的台阶面的交界区域保留第一绝缘层；

21、s5：采用电子束蒸发或溅射技术，并经刻蚀，在所述第一绝缘层两侧、所述第一绝缘层上、所述半导体缓冲外延层上、所述上层半导体上分别形成所述第二金属接触层、所述第三金属接触层、所述第一金属层、所述第一金属接触层、所述第四接触层；其中，所述第一金属接触层与所述-第二金属接触层之间设置有用于接收待探测光的开口区。

22、在一具体实施方式中，所述下层半导体、所述上层半导体分别互斥地为n型氮化镓层或p型氮化镓层，且所述下层半导体、所述上层半导体还设置有量子阱层；

23、所述步骤s1包括：根据所述下层半导体、所述上层半导体的具体半导体类型，在所述半导体缓冲外延层上用金属有机化合物化学气相法沉积n型氮化镓层、量子阱层、p型氮化镓层。

24、在一具体实施方式中，所述上层半导体至所述下层半导体直接的台阶面还设置有第二绝缘层以及第二金属层，所述第二金属层用于遮挡所述led-pn结单元相对于所述开口区的余光；其中，所述第二绝缘层在步骤s4生成；所述第二金属层在步骤s5生成。

25、本发明的有益效果：1)、本发明以缓冲层作为一层外延，在led外延基础上制备msm，不需要制备额外的制备msm外延，简化了工艺流程。这种集成可以减少器件之间的连接电阻，提高器件的性能和稳定性，并简化制造流程。2)、本发明的一个方面是采用第一金属层对led-pn结单元的漏光进行遮挡操作，避免led光照射到msm器件区域而造成所测量的光发生变化而造成误差。3)、本发明msm器件上电工作时感知外在光强度，例如紫外线的照射强度，而改变msm器件的电学特性而提升msm器件电流进而驱动led的点亮亮度以便表征被测光(紫外线)强度，实现msm-led同质集成结构。