[發(fā)明專利]一種III族氮化物半導(dǎo)體可見光雪崩光電探測器及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811590587.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109686809B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江灝;郭瑤;呂澤升
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州潤禾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44446
• 代理人: 楊釗霞;張柳

本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體可見光雪崩光電探測器及制備方法，探測器包括襯底及在襯底上生長的外延層結(jié)構(gòu)；外延層結(jié)構(gòu)按照從下至上的生長順序依次為非故意摻雜AlN緩沖層、非故意摻雜Al_xGa_1?xN緩沖層，n型重?fù)诫sAl_yG_1?yN歐姆接觸層，Al組分漸變Al_zGa_1?zN極化摻雜p型層、非故意摻雜GaN倍增層、n型摻雜GaN電荷層、In_mGa_1?mN/GaN超晶格光吸收層和n型重?fù)诫sGaN歐姆接觸層。探測器采用p型層下置結(jié)構(gòu)，利用AlGaN層中自發(fā)極化與組分漸變帶來的壓電極化效應(yīng)產(chǎn)生三維空穴氣形成p型層，無需摻雜受主雜質(zhì)，避免了受主雜質(zhì)擴(kuò)散與重?fù)诫s對結(jié)晶質(zhì)量的影響；光吸收層以外均采用結(jié)晶質(zhì)量相對良好的AlGaN、GaN，并利用組分漸變層，在極化摻雜的同時(shí)調(diào)控應(yīng)力、提高結(jié)晶質(zhì)量；吸收層采用InGaN/GaN超晶格抑制InGaN層的相分離，從而保證雪崩光電效應(yīng)的產(chǎn)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體可見光雪崩光電探測器及制備方法。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的日益更新，基于化合物半導(dǎo)體材料的固態(tài)光電探測技術(shù)在現(xiàn)代光電信息探測領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。近年來，隨著信息化社會(huì)的迅猛發(fā)展，光電探測技術(shù)在國防、民用和科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加，例如紫外火焰探測、環(huán)境監(jiān)測、導(dǎo)彈預(yù)警、量子通信、太空光通信、可見光紅外攝像等等。相比于傳統(tǒng)的以光電倍增管(PMT)為代表的真空光電探測器件，固態(tài)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(yōu)點(diǎn)，因而在研究和應(yīng)用中發(fā)展迅猛。在固態(tài)半導(dǎo)體材料中，III族氮化物半導(dǎo)體(包括二元化合物GaN、InN和AlN，三元化合物InGaN、AlGaN、AlInN以及四元化合物AlInGaN等化合物材料)具有直接帶隙、禁帶寬度調(diào)節(jié)范圍寬、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、耐高溫、抗輻射能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高，電子飽和遷移速度快等優(yōu)點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)多元化合物的組分可以實(shí)現(xiàn)覆蓋中紅外，可見光以及紫外光信號的探測，因此成為當(dāng)前固態(tài)光電探測領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。

固態(tài)光電探測器件可以分為光電導(dǎo)探測器、肖特基金屬-半導(dǎo)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(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，但器件在零偏壓下沒有響應(yīng)，高偏壓下容易產(chǎn)生電流的集邊效應(yīng)而導(dǎo)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(qū)由金屬與半導(dǎo)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(yīng)速度的優(yōu)點(diǎn)，但是不提供內(nèi)部增益，因而無法實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測。基于PIN結(jié)構(gòu)的雪崩光電探測器是當(dāng)前優(yōu)選的光電探測器件類型，可同時(shí)滿足高靈敏和高速探測。但是，一般的PIN結(jié)構(gòu)雪崩光電探測器，其I層同時(shí)作為吸收層和倍增層，層中的電子與空穴同時(shí)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，研究者發(fā)展出吸收、倍增層分離(SAM)結(jié)構(gòu)雪崩光電二極管，器件具有量子效率高、響應(yīng)速度塊增益高、過剩噪聲小等特點(diǎn)，因此成為當(dāng)前雪崩光電探測器中采用較多的一種結(jié)構(gòu)類型。