[發明專利]一種日盲紫外雪崩光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010169162.3
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111341862B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 余晨輝;李林;陳紅富;徐騰飛;羅曼
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01L31/0336
• 分類號: H01L31/0336;H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 常州易瑞智新專利代理事務所(普通合伙) 32338
• 代理人: 徐琳淞

本發明公開了一種日盲紫外雪崩光電探測器及其制備方法，其中光電探測器的結構從下至上依次為AlN模板層、AlN緩沖層、n型Al_x1Ga_1?x1N層、i型Al_x2Ga_1?x2N吸收層、n型GeS分離層、i型Al_x3Ga_1?x3N倍增層和p型GaN層；所述n型Al_x1Ga_1?x1N層上引出有n型歐姆電極；所述p型GaN層上引出有p型歐姆電極；所述n型GeS分離層分別與i型Al_x2Ga_1?x2N吸收層和i型Al_x3Ga_1?x3N倍增層采用范德華力鍵合組合形成。本發明n型分離層采用二維材料GeS替代三維材料AlGaN與上下的i型AlGaN層通過范德華力進行鍵合在一起，而不是用化學外延生長方法，解決了現有技術中器件提前擊穿、界面處產生極化電荷的問題，同時提高了雪崩光電探測器的響應速度。

技術領域

本發明涉及光電探測器，尤其涉及一種日盲紫外雪崩光電探測器及其制備方法。

背景技術

在電磁波譜中，波長在200nm到280nm波段的紫外光線被稱為日盲區。日盲波段在大氣層內不受其他任何光的干擾，也不可能從地球表面傳輸到大氣層。相當于在地表使用日盲波段的探測系統形成了天然的“屏蔽罩”，日盲波段的光電探測技術具有目標特征明顯、抗干擾能力強、選擇性好等特點，顯示出無與倫比的優越性。

倍增吸收分離型(SAM)雪崩光電探測器采用p-i1(倍增層)-n1(分離層)-i2(吸收層)-n2結構能夠有效的將光吸收層和雪崩倍增層分離，保證入射光的完全吸收從而提高雪崩二極管的量子效率及光譜響應，并減小器件的反向漏電流以及噪聲等效功率。然而，其中的分離層n1與上下兩層的倍增層i1和吸收層i2之間利用MOCVD方法進行外延生長時，會帶來一系列問題，例如界面處會存在大量的缺陷，束縛電子影響電流，導致器件提前擊穿；界面處應力無法釋放導致產生極化電荷。而且分離層n1所用的AlGaN的遷移率隨著Al組分的不同而變化，電子遷移率最高達到480cm²V^-1s^-1，空穴遷移率最高只能達到20cm²V^-1s^-1，導致導電性能不夠好，響應速度不夠高。

現今出現一種新的材料生長技術，范德華鍵合技術，與通常所用的異質材料集成技術相比有很多優點。當前的異質材料集成方法通常依賴于化學外延生長(CVD)或物理氣相沉積(PVD)。但這種集成依賴于一對一的化學鍵，并且通常限于具有高度相似的晶格對稱性和晶格常數的材料，需要相似的加工條件。而范德華鍵合技術提供了不受晶格和工藝限制的另一種無鍵集成方法，也越來越受到業內廣泛的關注。原則上，在不需要晶格匹配和工藝兼容性的情況下，這種無鍵集成方法不限于特定的材料尺寸，允許高度不同的材料逐層堆疊，并且通?？蛇m用于具有不同晶體結構、電子特性或材料尺寸。因此，我們將創新性地把這種技術運用到器件隔離層的制備中去。

近年來，基于二維材料及其異質結構的光電探測器已經引起了巨大的研究興趣。作為設計光電探測器最有競爭力的材料之一，二維材料已被證明具有卓越的特性，包括覆蓋從紫外到太赫茲頻率的波長的寬檢測波段，超高光響應性，偏振敏感光檢測，高速光響應，高空間分辨率成像等，使得基于二維材料的光電探測器取得了許多令人印象深刻的成就。二維材料的原子通過緊密的共價鍵或離子鍵在平面上排列以形成一個原子層，而這些原子薄層通過弱的范德華力的相互作用沿垂直于二維平面的三維方向結合在一起。薄弱的層間相互作用使將大塊晶體剝落成孤立的二維薄片甚至單個原子薄層成為可能。在此，我們創新性地將二維材料和三維材料利用范德華鍵合技術鍵合在一起，制備特殊的二維材料隔離層，從而解決上述使用三維材料AlGaN材料作為隔離層的一系列問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種日盲紫外雪崩光電探測器及其制備方法，解決了現有技術中器件提前擊穿、界面處產生極化電荷的問題，同時提高了雪崩光電探測器的響應速度。