[發明專利]基于m面4H-SiC異質外延非極性AlGaN/BN的PN結紫外探測器及制備方法

有效

• 申請號: 202011290925.6
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112397604B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 許晟瑞;許文強;張金風;張雅超;贠博祥;張怡;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0224;H01L31/036;H01L31/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;王喜媛

本發明公開了一種基于m面4H?SiC異質外延非極性AlGaN/BN的PN結紫外探測器及制備方法，主要解決現有技術由量子限制斯塔克效應導致外量子效率下降和失配導致的外延層開裂問題。其自下而上包括：m面4H?SiC襯底(1)和n型AlGaN外延層(2)；該n型AlGaN外延層采用Al組分為85％?95％，摻雜濃度為10¹⁷?10¹⁸cm^?3的AlGaN，其上同時設有摻雜濃度為10¹⁸?10²⁰cm^?3的p型BN外延層(3)和n型歐姆接觸電極(4)；該p型BN外延層上設有p型歐姆接觸電極(5)。本發明減小了材料的缺陷密度，提高了p型層空穴濃度，提升了器件的可靠性和外量子效率，可用于紫外探測設備中。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，特別涉及一種非極性AlGaN/BN構成的PN結紫外探測器，可用來制作高外量子效率和低缺陷的紫外探測設備。

技術背景

第一代用于紫外光電探測器的半導體材料是硅，硅的禁帶寬度為1.12eV，硅基紫外光電探測器的主要缺點就是暴露在強輻射下會造成器件老化，降低器件使用壽命；此外，作為典型的鈍化層的SiO₂降低了器件在深紫外區域的外量子效率。另一個的缺點就是器件對低能輻射靈敏度低。而作為第二代紫外光電GaAs基探測器常存在穩定性和重現性等問題。作為第三半導體材料的三元Al_xGa_1-xN材料系統具有3.4eV-6.2eV超寬帶隙范圍，覆蓋介于約360nm和200nm的帶邊截止值，具有高抗輻射能力和高抗熱應力能力，此外，BN材料具有5.9eV的超寬禁帶，容易實現p型摻雜。因此，AlGaN/BN構成的PN結在紫外探測領域具有顯著優勢。

傳統的Ga極性AlGaN基紫外探測器，由于量子限制斯塔克效應的存在而導致強度高達MV/cm量級的極化電場，因此光生載流子在歐姆接觸層內垂直于極化電場橫向運動至相應的電極會受到極化電場的強烈阻礙，從而使得探測器的外量子效率不高，并且隨著AlGaN層Al組分的升高，量子限制斯塔克效應帶來的能帶彎曲越來越顯著，這將直接減少電子波函數的交疊，降低器件的輻射復合效率。此外，在傳統c面藍寶石襯底上外延的AlGaN層，由于與襯底材料之間存在的較大晶格失配和熱失配，會引入大量通常作為導電通道的位錯和缺陷，當Al組分大于30％以后，外延的AlGaN層甚至會出現裂紋，這直接影響器件的性能和可靠性。傳統的AlGaN材料還面臨一個問題是p型AlGaN層中Mg的離化率和空穴遷移率會隨著Al組分的增加而降低，Mg離化率和空穴遷移率的降低均會導致紫外探測器p型層空穴濃度的大幅度降低。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統紫外探測器的不足，提出一種基于m面4H-SiC異質外延非極性AlGaN/BN的PN結紫外探測器及制備方法，以在提高AlGaN外延層晶體質量的同時，提升器件的空穴濃度和輻射復合效率，獲得高性能的紫外探測器。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

1.一種基于m面4H-SiC異質外延非極性AlGaN/BN的PN結紫外探測器，其自下而上包括：4H-SiC襯底和n型外延層，該n型外延層上同時設有p型外延層和n型歐姆接觸電極，且二者之間存在間距，p型外延層上設有p型歐姆接觸電極，其特征在于：

所述的SiC襯底，其晶面取向為m面；

所述的n型外延層，采用Al組分為85％-95％，摻雜濃度為10¹⁷-10¹⁸cm^-3的AlGaN材料；

所述p型外延層，采用摻雜濃度為10¹⁸-10²⁰cm^-3的BN材料。

進一步，其特征在于，n型AlGaN外延層的厚度為3-4μm。

進一步，其特征在于，p型BN外延層的其厚度為2-3μm。