[發明專利]半導體紫外探測器芯片及其外延結構

有效

• 申請號: 202111575135.7
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN113964224B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 黃小輝;倪逸舟
• 申請（專利權）人: 至芯半導體（杭州）有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/105;H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 霍苗

本發明涉及紫外探測器技術領域，尤其涉及一種半導體紫外探測器芯片的外延結構及其制備方法、半導體紫外探測器芯片。本發明通過交替生長的超晶格層的設置實現了對半導體緩沖層的位錯線的有效阻擋，極大的降低了整個緩沖層的位錯密度，解決了由于位錯密度偏大導致器件暗電流大的問題；在P型傳輸層和P型接觸層之間引入應變超晶格層，此層的引入能夠使結構產生應變，能帶發生彎曲，電子空穴隧穿遷移效果明顯提升，提高了量子效率，提高了紫外響應度；應變超晶格層的引入能夠有效阻止底層材料位錯線的延伸，如此能夠極大的降低器件的暗電流，從而提升紫外日盲探測器的性能。

技術領域

本發明涉及紫外探測器技術領域，尤其涉及半導體紫外探測器芯片及其外延結構。

背景技術

半導體探測器件因其優異的特性在很多領域被廣泛應用，尤其紫外半導體探測器因其軍事和民用領域而備受關注。因為大氣層對紫外線有散射吸收的作用，所以紫外線在地球表面量比較少，而波長小于280nm的幾乎被大氣層完全吸收，被稱作日盲波段。而日盲紫外探測器能夠對導彈尾焰進行跟蹤探測，而這種探測并不被太陽產生的紫外線干擾，具有很強的抗干擾性和保密性，這個特性在軍事領域有很重要的應用價值。除此之外，在民用領域，火焰探測，水污染探測，醫學檢查，鍋爐控制等方面也應用頗廣。

材料科學的進步促進了氮化物半導體紫外探測器的快速發展，幾種常見的探測器也被研發出來，如GaN PIN型光電二極管，金屬-半導體-金屬（MSM）光電二極管，PN結型光電二極管，肖特基型光電二極管。但是，由于材料的質量還不夠高，結構設計還不夠好，導致探測器的暗電流大，光譜響應噪聲高，光譜響應度低等問題，限制了很多領域的應用。基于氮化鋁鎵（AlInGaN）材料的深紫外發光二極管具備堅固、節能、壽命長、無汞、環保等優點，正逐步滲入汞燈的傳統消毒殺菌應用領域。為了感知紫外殺菌的效果及劑量等參數，日盲探測器的應用將使得殺菌技術的應用將更加直觀，豐富紫外殺菌的應用場景。

目前，AlGaN紫外日盲探測器的結構主要以N型AlGaN，非摻AlGaN吸收層，P型GaN接觸層組成。而因為AlGaN材料的質量較差，導致AlGaN紫外日盲探測器存在暗電流大，光譜響應度較低等問題。目前市場主流產品5V偏壓下的暗電流超過微安水平，光譜響應0.1A/W。

發明內容

本發明的目的在于提供半導體紫外探測器芯片及其外延結構。所述外延結構降低了AlInGaN探測器的暗電流。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了包括由下到上依次層疊設置的襯底、半導體緩沖層、交替生長的超晶格層、第一N型半導體層、第二N型半導體層、紫外光吸收層、應變超晶格層和第二P型接觸層；

所述應變超晶格層包括由下到上依次交替生長的P型傳輸層和第一P型接觸層；

所述P型傳輸層的材料為Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N；

所述第一P型接觸層的材料為Al_x9In_y9Ga_1-x9-y9N；

x7-x9≥0.2。

優選的，所述P型傳輸層和第一P型接觸層的厚度獨立的為0.5~5nm。

優選的，所述應變超晶格層的交替生長的周期數為2~50。

優選的，所述半導體緩沖層的材料為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0.5≤x1≤1，0≤y1≤1；

所述半導體緩沖層的厚度為200~5000nm。

優選的，所述交替生長的超晶格層包括由下到上交替生長的第一超晶格層和第二超晶格層；所述第一超晶格層和第二超晶格層的材料不同；