[發明專利]一種具有非極性吸收層的紫外探測器

有效

• 申請號: 201710338137.1
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107240615B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 張雄;代倩;吳自力;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/109
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種具有非極性吸收層的紫外探測器，包括：自下而上依次設置的襯底、AlN中間層、非摻雜AlGaN緩沖層、n型AlGaN層、非極性Al_xGa_1?xN/Al_yGa_1?yN多量子阱吸收分離層、非摻雜Al_zGa_1?zN倍增層、p型AlGaN層，在p型AlGaN層上設置的p型歐姆電極，在n型AlGaN層上設置的n型歐姆電極，其中0<x<y<z<1。本發明的有益效果為：從根本上避免吸收層內的極化電場對p?n結內建電場的補償作用，提高紫外探測器的光生電流；此外，采用非極性Al_xGa_1?xN/Al_yGa_1?yN多量子阱作為紫外探測器的吸收層，由于量子效應的作用，因此可以進一步提高紫外探測器對紫外光的吸收系數和橫向載流子遷移率，對提高紫外探測器的量子效率和靈敏度具有重大意義。

技術領域

本發明涉及化合物半導體光電子材料與器件制造領域，尤其是一種具有非極性吸收層的紫外探測器。

背景技術

紫外探測在軍事和民用領域具有的重要應用價值和廣闊的發展前景，如火焰探測、紫外告警與制導、化學和生物分析、紫外天文學研究以及衛星通信等領域。AlGaN材料在制備紫外探測器方面具有巨大的潛力。首先，AlxGa1-xN材料是直接帶隙半導體材料，通過調節Al的組分x，可以使其對應的吸收波長在200-365nm之間，恰好覆蓋由于臭氧層吸收紫外光而產生的太陽光譜盲區(220-290nm)。同時，AlGaN基紫外探測器還具有體積小、重量輕、壽命長、抗震性好、工作電壓低、耐高溫、耐腐蝕、抗輻射、量子效率高、無需濾光片等優點。

然而，現有的AlGaN基紫外探測器的量子效率和靈敏度依然很低，其主要原因為制備探測器吸收層的材料是極性材料。如圖2所示，由于極性材料制備的吸收層，在垂直于吸收層的方向上存在強度高達MV/cm量級的極化電場，且極化電場的方向與p-n結內建電場的方向相反，因而對內建電場造成補償，導致吸收層內的凈電場減小，使得光生載流子不能被有效收集。此外，當吸收層為極性材料時，會使得吸收層的能帶發生傾斜，產生附加勢壘，阻礙光生載流子的輸運，在極大程度上限制了紫外探測器性能的提高。

為提高紫外探測器的量子效率和靈敏度，現有技術通常采用在吸收層內制作光子晶體或金屬納米顆粒等方法來提高吸收層對光的吸收能力。然而現有技術無法從根本上解決極性材料作為吸收層時極化電場對內建電場的補償作用所引起的探測器量子效率低的問題。若要從根本上解決此問題，需滿足極化電場的方向與p-n結內建電場的方向相同或者垂直的要求，以消除極化電場對內建電場的補償效應，提高紫外探測器的量子效率和靈敏度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種具有非極性吸收層的紫外探測器，能夠有效的提高紫外探測器的量子效率和靈敏度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種具有非極性吸收層的紫外探測器，包括：自下而上依次設置的襯底101、AlN中間層102、非摻雜AlGaN緩沖層103、n型AlGaN層104、非極性Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱吸收分離層105、非摻雜Al_zGa_1-zN倍增層106、p型AlGaN層107，在p型AlGaN層107上設置的p型歐姆電極108，在n型AlGaN層104上設置的n型歐姆電極109，其中0<x<y<z<1。

優選地，所述非極性Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱吸收分離層105材料可以為(11-20)、(10-10)面等非極性面材料。