[发明专利]氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，特别是发明了一种新型的氮化镓基雪崩 型探测器的结构及其制作方法。

背景技术

作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、 铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波 段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应 用价值。GaN基紫外探测器是一种非常重要的GaN基光电子器件，在导弹 预警、火箭羽烟探测、紫外通信、生化武器探测、飞行器制导、宇宙飞船、 臭氧层空洞探测、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。目前 世界上在GaN基紫外探测器方面已经取得了很大进展，已研制多种结构包 括光电导型、Schottky型、PIN型以及雪崩型的单元器件和焦平面阵列。 尤其对于雪崩型探测器由于其响应速度快、量子效率高、抗磁场干扰能力 强、体积小、重量轻且供电电路简单等特点而受到广泛的关注。但是现有 的雪崩型探测器大都采用吸收和倍增是在同一层，这样探测灵敏度和暗电 流就会相互制约，影响了氮化镓紫外探测器的进一步发展和应用。

与已有的氮化镓基雪崩型紫外探测器相比，本发明的目的在于提出一 种正照射吸收层和倍增层分离的氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法，使 目标光子主要在吸收层内被吸收，并且吸收层内电场比较低，避免隧穿引 起的暗电流噪声；而雪崩增益主要是光生空穴在倍增层内雪崩电离，倍增 区内电场强度和空穴电离长度可以很大，从而提高雪崩增益。

发明内容

本发明的目的在于提出一种氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法，这 种雪崩型探测器的优点在于吸收层和倍增层分离，从而降低暗电流、提高 雪崩增益。另外设计的窗口结构实现了在正照射下空穴雪崩倍增，降低了 材料生长的难度，同时实现大的增益和低的噪音。

本发明提供一种氮化镓基雪崩型探测器，包括：

一衬底；

一N型掺杂的GaN欧姆接触层，该N型掺杂的GaN欧姆接触层制作在 衬底上；

一非故意掺杂GaN吸收层，该非故意掺杂GaN吸收层制作在N型掺杂 的GaN欧姆接触层上，该非故意掺杂GaN吸收层的面积小于N型掺杂的GaN 欧姆接触层的面积；

一N型掺杂的Al组分渐变的AlGaN层，该N型Al组分渐变的AlGaN 层制作在非故意掺杂的GaN吸收层上；

一非故意掺杂AlGaN雪崩倍增层，非故意掺杂AlGaN雪崩倍增层制作 在N型掺杂的Al组分渐变的AlGaN层上；

一P型掺杂的AlGaN欧姆接触层，该P型掺杂的AlGaN欧姆接触层制 作在非故意掺杂AlGaN雪崩倍增层上；

一钝化层，该钝化层制作在非故意掺杂GaN吸收层、N型掺杂的Al 组分渐变的AlGaN层、非故意掺杂AlGaN雪崩倍增层以及P型掺杂的AlGaN 欧姆接触层的侧面；

一N型欧姆接触电极，该N型欧姆接触电极制作在钝化层的外侧且位 于N型掺杂的GaN欧姆接触层上；

一P型欧姆接触电极，该P型欧姆接触电极制作在P型掺杂的AlGaN 欧姆接触层上。

其中该衬底为蓝宝石、氮化镓、硅、碳化硅或砷化镓材料。

其中所述的N型掺杂的Al组分渐变的AlGaN层的Al组分是从GaN渐 变到非故意掺杂AlGaN雪崩倍增层的Al组分。

其中所述的N型掺杂的Al组分渐变的AlGaN层、非故意掺杂AlGaN 雪崩倍增层以及P型掺杂的AlGaN欧姆接触层的Al组分高于N型掺杂的 GaN欧姆接触层及非故意掺杂GaN吸收层的Al组分。

其中所述的P型掺杂的AlGaN欧姆接触层的厚度大于其本征带隙对应 的光的吸收长度。

其中所述的N型欧姆接触电极为环形结构。

其中所述的钝化层为SiO₂或SiN_x介电层。

其中所述的P型欧姆接触电极为圆形、环形或网格状结构，并且其材 料为对紫外光透光或半透光的材料。

本发明提供一种氮化镓基雪崩型探测器的制作方法，其特征在于，包 括如下步骤：

步骤1：在衬底上利用外延生长设备生长出N型掺杂的GaN欧姆接触 层；

步骤2：在N型掺杂的GaN欧姆接触层上生长非故意掺杂GaN吸收层；