[實(shí)用新型]一種用于日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420553585.5
• 申請(qǐng)日: 2014-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204130567U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董可秀;汪俊;張陽(yáng)熠;程學(xué)彩;石建平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 滁州學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/107
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/107;H01L31/0304
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管，特別涉及一種AlGaN基日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管，屬于半導(dǎo)體光電子器件設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

日盲紫外探測(cè)技術(shù)利用太陽(yáng)光譜盲區(qū)的紫外波段探測(cè)目標(biāo)，其背景干擾小、目標(biāo)信號(hào)容易檢測(cè)、不易產(chǎn)生虛假警報(bào)等優(yōu)點(diǎn)，在火災(zāi)探測(cè)、臭氧檢測(cè)、導(dǎo)彈預(yù)警、紫外通迅等民用和軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。紫外探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是研制高靈敏度、低噪聲的紫外探測(cè)器件。目前，高靈敏紫外探測(cè)常采用光電倍增管(PMT)及紫外增強(qiáng)型Si光電二極管，然光電倍增管體積大，工作電壓高(>1000V)，功耗大，價(jià)格昂貴，還需要致冷系統(tǒng)，因而限制了它在紫外波段的應(yīng)用?；赟i材料和其它Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的紫外探測(cè)器雖然工藝已發(fā)展成熟，但材料的禁帶寬度小，工作在紫外波段需集成價(jià)格昂貴的濾波系統(tǒng)，也導(dǎo)致這類(lèi)探測(cè)器的應(yīng)用受到限制。

近年來(lái)，新型(Al)GaN基半導(dǎo)體材料由于其寬帶隙、耐高溫、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，已經(jīng)在光電子器件(發(fā)光二極管和激光器)方面取得巨大的成功。同樣，因?yàn)?Al)GaN基半導(dǎo)體材料的這些優(yōu)異的物理化學(xué)特性，使它在光電探測(cè)器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。Al組分高于0.4的AlGaN基紫外探測(cè)器具有天然的日盲特性，且體積小，功耗低，暗電流小，高量子效率、高響應(yīng)速度、工作時(shí)無(wú)需集成冷卻系統(tǒng)和分立的濾波系統(tǒng)，一直成為人們的研究熱點(diǎn)。其中PIN型AlGaN基日盲雪崩光電二極管是一種較為廣泛的器件研究類(lèi)型，但這種類(lèi)型的雪崩光電二極管，倍增層中空穴和電子均參與初始離化，器件過(guò)量噪聲因子大。進(jìn)一步研究表明，在AlGaN基材料中，空穴的離化系數(shù)大于電子的離化系數(shù)，采用分離吸收倍增結(jié)構(gòu)(SAM)，將吸收層和倍增層分開(kāi)，利用背入射，使單一載流子空穴參與初始離化，不僅可以提高器件的倍增因子，同時(shí)還能減少器件的過(guò)量噪聲。然而目前，由于高Al組分AlGaN晶體的質(zhì)量差，位錯(cuò)密度高，以及低的p型摻雜效率，很難制備出增益突破10³的PIN型或SAM型同質(zhì)結(jié)構(gòu)的AlGaN基日盲紫外雪崩光電二極管，可是在目前的日盲紫外探測(cè)市場(chǎng)中，AlGaN基日盲紫外雪崩光電二極管要想?yún)⑴cPMT市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必須具有更小的暗電流，且倍增因子至少要高于10⁴。另一方面，低Al組分的GaN基雪崩光電二極管發(fā)展迅速，工作于線性模式，倍增因子高于10⁵以及工作于蓋革模式倍增因子高于10⁷GaN?APD都已成功獲得，但此類(lèi)雪崩光電二極管只具有可見(jiàn)光盲，不具有日盲特性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種用于日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管，以實(shí)現(xiàn)光電二極管光譜響應(yīng)的截止波長(zhǎng)低于280nm的日盲特性。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。

一種用于日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括藍(lán)寶石襯底、AlN緩沖層、i型AlGaN層、n型AlGaN窗口層、i型AlGaN吸收層、AlGaN電荷層、i型GaN倍增層、p型GaN歐姆接觸層、P型歐姆電極和n型歐姆電極；

在所述藍(lán)寶石襯底之上至下而上依次設(shè)置AlN緩沖層、i型AlGaN層、n型AlGaN窗口層、i型AlGaN吸收層、AlGaN電荷層、i型GaN倍增層、p型GaN歐姆接觸層和P型歐姆電極；在所述n型AlGaN窗口層的上表面上，在所述i型AlGaN吸收層外側(cè)，設(shè)置有n型歐姆電極。

本實(shí)用新型的一種用于日盲紫外探測(cè)的雪崩光電二極管還具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

在所述藍(lán)寶石襯底的下方設(shè)置有一個(gè)一維二元光子晶體濾波膜系；所述一維二元光子晶體濾波膜系包括第一光子晶體濾波膜系(即圖2中的膜系1)和第二光子晶體濾波膜系(即圖2中的膜系2)；所述第二光子晶體濾波膜系位于藍(lán)寶石襯底的下方，所述第一光子晶體濾波膜系位于第二光子晶體濾波膜系的下方。

不摻雜的AlGaN層的厚度為500nm-600nm，n型AlGaN窗口層的厚度為300nm-500nm，i型AlGaN吸收層的厚度為150nm-250nm，i型GaN倍增層的厚度為140nm-200nm，p型GaN歐姆接觸層的厚度為100nm-250nm。

所述n型漸變的AlGaN電荷層的厚度為30nm-50nm。載流子濃度為1×10¹⁸cm^-3-2×10¹⁸cm^-3。