[发明专利]一种PIN结构紫外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PIN结构紫外光电探测器，包括由下至上依次设置的蓝宝石衬底、AlN成核层、Al_x1Ga_1‑x1N缓冲层、n型Al_x2Ga_1‑x2N层、非掺杂i型ZnO/TiO₂超晶格吸收层、p型Al_x3Ga_1‑x3N层、p型GaN层，在n型Al_x2Ga_1‑x2N层上引出的n型欧姆电极，在p型GaN层上引出的p型欧姆电极，所述非掺杂i型ZnO/TiO₂超晶格吸收层中，超晶格的重复周期数为1～10个。本发明还公开了PIN结构紫外光电探测器的制备方法。该PIN结构紫外光电探测器可提高探测器对弱紫外信号的响应度。

技术领域

本发明涉及一种紫外光电探测器及其制备方法，尤其是涉及一种PIN结构紫外光电探测器及其制备方法，属于半导体光电子器件领域。

背景技术

紫外光电探测器在军用和民用方面都具有重要的应用价值和发展前景，如：紫外告警与制导、碳氢化合物燃烧火焰的探测、生化基因的检测、紫外天文学的研究、短距离的通信以及皮肤病的治疗等。PIN结构紫外光电探测器具有体积小、重量轻、寿命长、抗震性好、工作电压低、耐高温、耐腐蚀、抗辐照、量子效率高和无需滤光片等优点，已成为光电探测领域的研究热点。

氮化镓基半导体三元化合物Al_xGa_1-xN材料的能带隙可以通过改变Al组分x进行调节，使其对应的吸收光波长在200～365nm之间，恰好覆盖由于臭氧层吸收紫外光而产生的太阳光谱盲区(220～290nm)。ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体材料。ZnO无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN材料相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。由于ZnO以及TiO₂材料自身的优点，展现了极好紫外探测性能，其光电流增益可达到105，并且其具有工作电压较低、能耗较小、体积小、重量轻等优点，近年来已成为紫外探测研究的焦点。

但是，由于现有技术制备的AlGaN材料薄膜质量不高，AlGaN材料在与表面淀积的金属形成肖特基结时界面存在大量的缺陷，使得有源区变薄，遂穿机制明显，导致暗电流很大，因而严重制约了此类结构探测器的探测性能的提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种PIN结构紫外光电探测器，解决AlGaN基紫外光电探测器中由于电子和空穴的离化系数相近而导致的紫外探测器不灵敏，对弱紫外信号的响应度差的问题。本发明还提供了一种PIN结构紫外光电探测器的制备方法。

本发明技术方案如下：一种PIN结构紫外光电探测器，包括由下至上依次设置的蓝宝石衬底、AlN成核层、Al_x1Ga_1-x1N缓冲层、n型Al_x2Ga_1-x2N层、非掺杂i型ZnO/TiO₂超晶格吸收层、p型Al_x3Ga_1-x3N层、p型GaN层，在n型Al_x2Ga_1-x2N层上引出的n型欧姆电极，在p型GaN层上引出的p型欧姆电极，所述非掺杂i型ZnO/TiO₂超晶格吸收层中，超晶格的重复周期数为1～10个。

优选地，所述AlN成核层厚度为20～60nm，所述Al_x1Ga_1-x1N缓冲层厚度为200～800nm，所述n型Al_x2Ga_1-x2N层厚度为500～1000nm，所述非掺杂i型ZnO/TiO₂超晶格吸收层厚度为100～200nm，所述p型Al_x3Ga_1-x3N层厚度为50～100nm，所述p型GaN层厚度为100～200nm。