[發明專利]光電探測器

有效

• 申請號: 201810081234.1
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108538930B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張劍平;周瓴;高英
• 申請（專利權）人: 博爾博公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0352;H01L31/103;H01L31/108
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 劉雁君;李祺

一種紫外光電探測器包括：襯底，形成在襯底上的模板層，形成在模板層上的本征AlGaN層，并排地形成在本征AlGaN層上并由間隙隔開的第一N型AlGaN層和第二N型AlGaN層，其中間隙暴露本征AlGaN層。另一種紫外光電探測器包括：紫外透明襯底，形成在紫外透明襯底上的紫外透明模板層，形成在紫外透明模板層上的第一紫外透明N型AlGaN層，形成在第一紫外透明N型AlGaN層上的本征AlGaN層，形成在本征AlGaN層上的第二N型AlGaN層，以及形成在第二N型AlGaN層上的P型層。

技術領域

本發明一般地涉及半導體光電探測器，更具體地，涉及III族氮化物紫外光電探測器，例如響應度大于1A/W的光電探測器的。

背景技術

臭氧層對太陽光譜的強烈的紫外(UV)吸收作用將地球表面280nm波長的紫外輻射限制到極低，大約在4.7×10^-24mW/cm²，因此地球表面上的日盲截止波長被定義在280nm。轉化成280nm波長光子通量，為6.6×10^-9/cm².s。假設紫外光電探測器具有100％的外量子效率(EQE)和單位電流增益，在這樣小的光子通量下，光致電流為1.06×10^-27A。即使光電探測器的電流增益高達10⁶，對于理想的雪崩光電探測器(APD)或光電倍增管(PMT)，光致電流仍然是1.06×10^-21A，太小而無法探測到。因此，不同于可見光和紅外發射和探測，即使在太陽光線充足的情況下，地球表面上的日盲UV發射和探測也會具有非常低的背景噪聲，使其在隱秘和可靠性高的通信中很有前景。另一方面，由于火焰和電暈包含紅外和日盲UV輻射，因此非常期望將日盲UV探測用于火災、電暈和導彈探測的預警。

諸如GaN、AlN等氮化物半導體及其三元合金被視為很有前景的日盲光電探測器材料。取決于其合金組分，氮化物能產生并探測范圍從410nm到大約205nm的UV射線，覆蓋了較寬的日盲光譜。

一類廣泛使用的光電探測器被稱為PIN光電探測器，由光吸收性本征半導體被夾在P型半導體和N型半導體之間制成。N型半導體相對于P型半導體正偏壓，本征半導體吸收的光子將電子和空穴敲出，分別進入導帶和價帶中。在外部偏壓下，光子誘導的電子和空穴分別漂移到N型半導體和P型半導體，得到光電流。如果外部偏壓適中，光電流純粹由本征半導體內的光子誘導載流子產生，沒有電流增益(或者，有電流增益，但是增益等于1)。因而，PIN光電探測器的響應度可計算為此處，R、I、P_o、e、hv和η分別為響應度、光電流、光功率、電子基本電荷、光子能量和外量子效率。可見，PIN光電探測器的響應度與光子能量成反比。對于280nm的PIN光電探測器，R被限制在不大于0.225A/W。

如果PIN光電探測器由質量非常高的半導體制成，并且可基本上維持很大的反向偏壓，即，在接近PIN擊穿電壓下的偏壓，PIN光電探測器可變成雪崩光電探測器(APD)。在APD中，本征半導體內的電場大到使光子誘導的載流子獲得足夠的動能，以便將額外載流子敲出產生電流。在這種雪崩過程中，一個光子誘導載流子可導致10⁶個額外載流子，使電流增益等于10⁶。APD是最靈敏的光電探測器之一；然而，由于Al含量高的AlGaN半導體的材料質量較差，固態日盲APD尚未實現。