[发明专利]一种铝镓氮基日盲紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝镓氮基日盲紫外探测器，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Zn_y1Mg_1‑y1O吸收层、n型ZnO/Zn_y2Mg_1‑y2O超晶格分离层、非掺杂i型Zn_y3Mg_1‑y3O倍增层、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。本发明还公开了铝镓氮基日盲紫外探测器的制备方法。该铝镓氮基日盲紫外探测器可提高日盲紫外探测器雪崩倍增因子与探测器的响应度。

技术领域

本发明涉及一种日盲紫外探测器及其制备方法，尤其是涉及一种铝镓氮基日盲紫外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。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。ZnMgO合金的禁带宽度可以随着Mg组分的不同得到调节，以形成量子阱或者超晶格结构，增强器件量子效率。

氮化镓基紫外雪崩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，最近已然成为光电探测领域的研究热点。AlGaN在制备紫外雪崩光电探测器方面具有显著的优势，如AlGaN紫外雪崩光电探测器可以省去昂贵的滤波片，并且AlGaN比SiC具有更高的光吸收效率。在GaN衬底上制备的同质外延GaN紫外雪崩光电探测器，其暗电流密度在10^-6A/cm²量级，线性模式内部增益>10⁴，单光子探测效率～24％；而在蓝宝石衬底上外延制备的GaN紫外雪崩光电探测器，其暗电流密度在10^-4A/cm²量级，线性模式内部增益接近1000，单光子探测效率～30％[参考文献K.Minder,J.L.Pau,R.McClintock,P.Kung,C.Bayram,and M.Razeghi,Appl.Phys.Lett.,91,073513,(2007).]。利用吸收区和倍增区分离的技术，GaN紫外雪崩光电探测器的雪崩增益因子可高达4.12×10⁴[参考文献J.L.Pau,C.Bayram,R.McClintock,M.Razeghi,and D.Silversmith,Appl.Phys.Lett.,92,101120(2008).]。

近年来，GaN基紫外探测器的研究取到了一些显著的进展。2012年，江灏等公开了一种PIN结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法的专利[申请号：CN201210314750.7]和一种基于异质结构吸收、倍增层分离GaN基雪崩光电探测器的专利[申请号：CN201210333832.6]，其倍增区和吸收区分离的特点使载流子雪崩倍增距离提高，从而能够使灵敏度大大增加。2013年，陈敦军等公开了一种高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法的专利[申请号：CN201310367175.1]，同样也是采用倍增区和吸收区分离的方法使载流子雪崩倍增距离提高，可明显降低紫外雪崩光电探测器雪崩击穿时的外加电压和暗电流，有助于提高紫外雪崩光电探测器雪崩倍增因子。