[發明專利]透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410607431.4
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104362198A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 謝海情;唐俊龍;彭潤伍;曾承偉;肖正;周斌騰
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術領域

本發明涉及藍紫光探測技術領域，具體涉及一種透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器及其制備方法。

背景技術

光探測器（Photo-detector，PD）作為光信號讀取器件，在光電子系統中起著非常關鍵的作用。藍紫光探測器在藍光存儲、醫療衛生、環境監測等領域應用廣泛。隨著CMOS工藝技術的發展，與CMOS工藝兼容的高性能、可光電集成的藍紫光探測器成為目前的一個研究熱點。CMOS工藝制備的藍紫光探測器通常是基于縱向PN結的雙極性結構，量子效率和頻率響應之間相互制約，輸入阻抗小，不利于集成。另外，P型襯底漏電流引起的暗電流大，靈敏度低。再者，隨著CMOS工藝的發展，按等比例縮小原理，器件尺寸（p-n結深，耗盡區厚度）和工作電壓必須相應減小。從而，對長波長光難以有效吸收，光探測器的量子效率很低，響應速度受到限制。然而，根據Lambert定律，短波長光在硅中的吸收長度較短，要求的硅薄膜厚度較小。因此，采用CMOS工藝有望制備優異性能的藍紫光探測器。如何實現基于CMOS工藝實現性能優異、可光電集成的藍紫光探測器，已經成為一項亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠有效解決量子效率和頻率響應之間的矛盾，暗電流小、量子效率大、頻率響應快、輸入阻抗大、有利于集成的透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器，包括P型襯底，所述P型襯底中設有采用離子注入摻雜方式形成的N阱與深N阱，所述N阱的底部與深N阱接觸且在P型襯底的上部隔離形成反P阱，所述反P阱的兩側設有采用擴散摻雜方式形成橫向間隙布置的N⁺區和P⁺區，所述反P阱位于N⁺區和P⁺區之間區域的表面覆蓋有柵氧化層，所述柵氧化層的表面覆蓋有透明導電薄膜，所述透明導電薄膜上設有柵電極G，所述N⁺區上設有陽極電極A，所述P⁺區設有陰極電極K。

優選地，所述透明導電薄膜為ITO薄膜、AZO薄膜、石墨烯中的一種。

優選地，所述P型襯底采用低摻雜p-型硅制成。

優選地，所述P型襯底上設有P型襯底P⁺區，所述P型襯底P⁺區的表面設有P型襯底電極。

優選地，所述反P阱的厚度為80nm～800nm。

優選地，所述柵氧化層為采用剝離技術生成的二氧化硅層。

優選地，所述二氧化硅層的厚度為10nm～50nm。

優選地，所述透明導電薄膜的厚度為80nm～100nm。

優選地，所述陽極電極A、陰極電極K、柵電極G、P型襯底電極均為采用鍍鋁工藝制成的鋁層。

本發明還提供一種透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器的制備方法，包括如下步驟：

1）將低摻雜p-型硅作為P型襯底，采用離子注入摻雜方式在所述P型襯底中形成N阱與深N阱，所述N阱的底部與深N阱接觸且在P型襯底的上部隔離形成反P阱；

2）在所述反P阱的兩側分別采用擴散摻雜方式形成橫向間隙布置的N⁺區和P⁺區，在所述N⁺區的表面采用鍍鋁工藝制成的鋁層作為陽極電極A，在所述P⁺區的表面采用鍍鋁工藝制成的鋁層作為陰極電極K；在所述P型襯底中采用擴散摻雜方式形成P型襯底P⁺區，并在所述P型襯底P⁺區上鍍鋁生成P型襯底電極；

3）在所述反P阱位于N⁺區和P⁺區之間區域的表面覆蓋采用剝離技術生成二氧化硅層作為柵氧化層；

4）在所述柵氧化層的表面生長透明導電薄膜，在所述透明導電薄膜的表面鍍鋁生成柵電極G。

本發明的透明電極柵控橫向PIN藍紫光探測器具有下述優點：

1、本發明在P型襯底中設有采用離子注入摻雜方式形成的N阱與深N阱，?N阱的底部與深N阱接觸且在P型襯底的上部隔離形成反P阱，反P阱的兩側設有采用擴散摻雜方式形成橫向間隙布置的N⁺區和P⁺區，由于N?阱（NWELL）與深N?阱（Deep?NWELL）將反P?阱（R-WELL）與P型襯底隔離，P型襯底漏電流可達pA數量級，從而大大降低暗電流，具有暗電流小的優點。