[發(fā)明專利]紅外半導體雪崩探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810593100.8
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108899380B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 汪萊;劉洋;吳星曌;郝智彪;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提出了一種紅外半導體雪崩探測器及其制備方法，其中，所述紅外半導體雪崩探測器包括：GaN/AlN超晶格倍增結構及在該GaN/AlN超晶格倍增結構上的窄禁帶半導體吸收結構；其中，所述GaN/AlN超晶格倍增結構與所述窄禁帶半導體吸收結構鍵合連接。本公開紅外半導體雪崩探測器及其制備方法，提高了電子空穴的離化系數比，實現(xiàn)了電子的單極離化，降低了過剩噪聲，并具有高增益。

技術領域

本公開公開涉及半導體探測技術領域，尤其涉及一種基于GaN/AlN周期性結構倍增層的紅外半導體雪崩探測器及其制備方法。

背景技術

任何高于絕對零度(-273.15℃)的物質都可以產生紅外光，紅外光中包含了物質的豐富信息。因此紅外探測是人類信息獲取的主要手段之一，它將不可見的紅外輻射轉化為了可測量的電信號，使人們得到了更為豐富的客觀世界的信息。紅外波段所具有的獨特的光譜特性，使其在熱成像，紅外遙感，軍事防御，醫(yī)療檢測，光纖通信方面有著重要的應用，而針對紅外波段的光電子探測器件是實現(xiàn)這些應用的關鍵技術。

雪崩光電二極管(APD)是具有內部增益的光電探測器件，相對于其他探測器件具有更高的靈敏度，其廣泛應用于微弱光信號探測中。而現(xiàn)有雪崩探測器進行探測時，一般都工作于蓋革模式，其過剩噪聲很大，導致器件信噪比較低，同時需要配以復雜的周期性淬滅電路，維持器件的穩(wěn)定工作狀態(tài)。而采用GaN/AlN超晶格材料為倍增區(qū)，可以利用GaN，AlN異質結導帶帶階大，同時擁有較深的孤立的Γ能谷的特點，提高電子的離化碰撞，同時抑制空穴的離化碰撞，實現(xiàn)單極離化機制，進而在線性模式下達到理想的高增益。但由于GaN、AlN屬于寬禁帶半導體，吸收光譜范圍在紫外區(qū)，限制了探測器的應用范圍。并且由于GaN、AlN材料晶格常數與適合于紅外吸收的窄禁帶半導體晶格常數相差較大，材料生長難度極大，因此難以實現(xiàn)利用GaN、AlN材料作為倍增層對紅外光的檢測。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于GaN/AlN周期性結構倍增層的紅外半導體雪崩探測器及其制備方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種紅外半導體雪崩探測器，包括：GaN/AlN超晶格倍增結構及在該GaN/AlN超晶格倍增結構上的窄禁帶半導體吸收結構；其中，所述GaN/AlN超晶格倍增結構與所述窄禁帶半導體吸收結構鍵合連接。

在一些實施例中，所述GaN/AlN超晶格倍增結構由下而上依次包括：襯底、GaN緩沖層、n型GaN層、GaN/AlN超晶格倍增層及p型GaN層。

在一些實施例中，所述n型GaN緩沖層和n型GaN層的總厚度為1～3μm；所述p型GaN層厚度為10～50nm；所述GaN/AlN超晶格倍增層的周期數≥1，勢壘或勢阱的寬度范圍均介于0～100nm之間。

在一些實施例中，所述窄禁帶半導體吸收結構包括：i型窄禁帶半導體層及形成于所述i型窄禁帶半導體層上的p型窄禁帶半導體層；其中所述i型窄禁帶半導體層為針對紅外波段的吸收層。

在一些實施例中，所述i型窄禁帶半導體層的厚度為10nm～2μm；所述p型窄禁帶半導體層的厚度為100nm～500nm；所述吸收層的材質為InSb。

根據本公開的另一個方面，提供了一種紅外半導體雪崩探測器的制備方法，包括：

制備GaN/AlN超晶格倍增結構；

制備窄禁帶半導體吸收結構；以及

鍵合所述GaN/AlN超晶格倍增結構和所述窄禁帶半導體吸收結構。

在一些實施例中，所述制備GaN/AlN超晶格倍增結構的步驟包括：

在一襯底上生長n型GaN緩沖層；