[發明專利]吸收、倍增層分離結構的Ⅲ族氮化物半導體雪崩光電探測器

有效

• 申請號: 201810219693.1
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108305911B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 江灝;陳萌
• 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: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 周鄭奇;林名欽

本發明公開了一種吸收、倍增分離結構的III族氮化物半導體雪崩光電探測器，其包括襯底及生長于襯底之上的外延層，其中，外延層按自下而上的生長順序依次為AlN緩沖層，非故意摻雜Al_wGa_1?wN過渡層，非故意摻雜Al_kGa_1?kN組分漸變層，重摻雜n型Al_xGa_1?xN歐姆接觸層，非故意摻雜Al_yGa_1?yN吸收層，電荷層，非故意摻雜Al_yGa_1?yN倍增層以及p型摻雜Al_yGa_1?yN層；其中，所述的電荷層至少包括三層n型Al_zGa_1?zN層，且電荷層中摻雜濃度依次呈高—低—高馬鞍型摻雜分布。本發明所述探測器可有效改善III族氮化物半導體雪崩光電探測器性能，實現低噪聲、低工作電壓、高增益、高量子效率功能。

技術領域

本發明涉及光電探測器領域，具體地，本發明涉及一種吸收、倍增層分離結構的III族氮化物半導體雪崩光電探測器。

背景技術

隨著信息技術的日益更新，基于化合物半導體材料的固態光電探測技術在整個現代光電信息探測領域發揮越來越重要的作用。近年來，光電探測技術在國防、民用和科學等領域的應用日益增加，例如火焰探測、環境監測、導彈預警、量子通信、太空光通信、可見光紅外攝像等等。相比于傳統的以光電倍增管(PMT)為代表的真空光電探測器件，固態探測器件具有工作電壓低、耐高溫、抗輻射、耐腐蝕、體積小、量子效率高等優點，因而在研究和應用中發展迅猛。在固態半導體材料中，III族氮化物半導體(包括GaN、InGaN、AlGaN、AlInN和AlInGaN等化合物材料)具有直接帶隙、禁帶寬度調節范圍寬、擊穿電場高、熱導率大、耐高溫、抗輻射能力強、化學穩定性高，電子飽和遷移速度快等優點，通過調節多元化合物的組分可以實現可見光至紫外光信號的探測，因此成為當前固態光電探測領域中的研究熱點。

固態光電探測器件可以分為光電導探測器、肖特基金屬-半導體-金屬(MSM)光電探測器、肖特基光電二極管、PIN型光電二極管和雪崩光電二極管幾種主要類型。其中，肖特基MSM光電探測器盡管結構和制造工藝簡單，但器件在零偏壓下沒有響應，高偏壓下容易產生電流的集邊效應而導致提前擊穿，降低器件使用壽命；肖特基勢壘光電二極管的有源區由金屬與半導體的接觸形成，工藝依賴度高，可靠性低且暗電流較高；PIN型光電二極管盡管具有低暗電流、高量子效率、高響應速度的優點，但是不提供內部增益，因而無法實現高靈敏度探測。基于PIN結構的雪崩光電探測器是當前優選的光電探測器件類型，可同時滿足高靈敏和高速探測。但是，一般的PIN結構雪崩光電探測器，其倍增層中的電子與空穴同時參與雪崩倍增，器件性能受雪崩過剩噪聲影響較大。針對這一問題，發展出的吸收、倍增層分離(SAM)結構雪崩光電二極管具有量子效率高、響應速度塊增益高、過剩噪聲小等特點(H.Kanbe,N.Susa,and H.Ando,“Structures of InGaAs avalanche photodiodes,”presented at the Topical Meeting Integrated and Guided Wave Opt.,Nevada,PaperWD1,Jan.1980.)，因此成為當前雪崩光電探測器中采用較多的一種結構類型。