[發明專利]基于異質結構吸收、倍增層分離GaN基雪崩光電探測器

無效

• 申請號: 201210333832.6
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102820367A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 江灝;張文樂
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0304
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明;林偉斌

技術領域

本發明涉及一種光電探測器，尤其涉及一種基于異質結構吸收、倍增層分離GaN基雪崩光電探測器。

背景技術

Ⅲ族氮化物屬于第三代半導體，是典型的寬禁帶化合物半導體材料。GaN基材料（包括其二元化合物GaN、InN和AlN，三元化合物InGaN、AlGaN和AlInN以及四元化合物AlInGaN）具有禁帶寬度大，電子漂移飽和速度高、介電常數小、耐高溫、耐腐蝕、抗輻射、導熱性能好等特性，非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子、光電子器件。而基于GaN基材料的雪崩光電探測器具有體積小、工作電壓低、耐高溫、量子效率高、無需濾光片等優點，成為光電探測領域內研究和開發的熱點。

高性能雪崩光電探測器需要具備高增益、低噪聲的特性，從而實現對微弱光信號的探測。研究表明，由單載流子（電子或空穴）觸發而產生的雪崩增益與雙載流子觸發相比具有更低的噪聲，而采用碰撞電離系數更大的載流子觸發雪崩則能產生相對更大的增益；因此為了實現雪崩光電探測器的高增益、低噪聲性能，通過器件外延結構設計以使碰撞電離系數較大的載流子去觸發雪崩是一種有效的方法。以n型半導體肖特基結構的雪崩光電探測器為例，當光信號從n型半導體一側入射時，對應波段的光會在n型層中被吸收，激發出電子空穴對。在反偏電場的作用下，電子被收集到n型歐姆接觸處，空穴被運輸到金屬電極與非摻雜半導體接觸所形成的耗盡層（有源層）中，觸發雪崩擊穿，因此光信號從n型層一側入射可以實現空穴觸發的雪崩擊穿。

對于GaN材料，空穴碰撞電離系數大于電子碰撞電離系數，傳統上一般傳采用P-I-N-I-N結構來實現吸收倍增層分離和空穴觸發雪崩的目的，這種結構主要有兩種缺點：（1）GaN基材料的p型摻雜可控性較差，在晶體質量，載流子濃度和形成p型歐姆接觸方面并不理想，這樣會影響器件的整體性能；（2）由于生長重摻的p型GaN基材料會出現表面劣化的現象，難以將質量良好的n型GaN基材料生長在p型GaN基材料之上，因此需要采用背入射方式來實現空穴觸發的雪崩。但是為了實現背入射，不僅要求襯底本身是透光材料（即襯底材料的禁帶寬度對應的光波長要低于入射信號），而且在其技術規格上要求是雙面拋光，這樣增大了工藝的難度。此外，襯底和吸收層之間的緩沖層、歐姆接觸層等外延層對光信號的吸收也會降低探測器的外量子效率，從而影響雪崩光電探測器的性能。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明提供了一種基于異質結構吸收、倍增層分離GaN基雪崩光電探測器。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于異質結構吸收、倍增層分離GaN基雪崩光電探測器，包括依次層疊的襯底、緩沖層、n型摻雜Al_xIn_yGa_1-x-yN層、非摻雜或低摻雜濃度的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N吸收層、非摻雜或低摻雜濃度的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N緩變層以及非摻雜或低摻雜濃度的n型Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N倍增層。其中，緩沖層、n型摻雜Al_xIn_yGa_1-x-yN層、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N吸收層、Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N緩變層以及n型Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N倍增層均利用外延生長法，如分子束外延、金屬有機化學氣相沉積外延法等依次層疊生長于襯底上。