[实用新型]一种深紫外探测器

说明书

技术领域

本实用新型属于氮化镓半导体的应用技术领域，具体涉及一种将氮化镓半导体用于紫外光探测的器件，特别是280nm波长以下的深紫波段的探测的器件。

背景技术

太阳是自然界最强的紫外光源，其280nm波长以下的深紫波段几乎被臭氧层完全吸收，这一波段的紫外线几乎无法到达地面，因此把波长在200nm-280nm的紫外光称为日盲区。相应地，人们将只对200nm-280nm波段深紫外光产生响应信号的探测器称为日盲(或太阳盲)探测器。在低空和地面探测到的该波段紫外光信号一般是来自人工发射源，如弹药爆炸、火灾、环境污染等。因此，日盲深紫外探测器在光电对抗、导弹预警、防爆抑爆、水质监测、臭氧监测等军事和民用众多领域有重要的应用意义。

目前市场常见的紫外探测器有硅基紫外光电管和光电倍增管。硅基探测器因其制作材料的Si的禁带宽度为1.12ev,使得其探测器主要应用在可见光波段，通常需要在硅探测器前端加上结构复杂、价格昂贵的滤光系统来除去干扰。光电倍增管虽然有增益大、灵敏度高、响应快、稳定性好等优点，但是其体积大、能耗大、抗辐射能力差、工作电压高、易破损坏等缺点，在一定程度上限制了其应用。

基于上述传统紫外探测器的缺点，抗辐射能力强的宽禁带半导体材料得到了广泛关注，如SiC、ZnMgO、GaN等。这些宽带隙半导体材料具有禁带宽度宽、电子饱和速度高、介电常数小、抗辐射能力强等优点，非常适合作为紫外探测器材料。SiC是禁带宽度不可调节的间接带隙材料，熔点高、导热性好，其禁带宽度是3.26eV，对应的响应峰值波长在380nm左右，这个波段在日光中有超过98％能穿透臭氧层和云层到达地球表面，对器件的干扰较大，要用于200nm-280nm波段的深紫外探测时需要加紫外滤光片。通过调节ZnMgO的Mg组分，可实现禁带宽度从3.3eV到7.8eV可调的直接带隙ZnMgO合金，但不发生结构分相的高Mg组分ZnMgO合金仍然是技术壁垒，实现深紫外探测同样需要加紫外滤光片。

GaN基的AlGaN深紫外探测器与上述传统紫外探测器相比具有独特的优势。GaN掺Al可实现禁带宽度从3.4eV到6.2eV可调的直接带隙AlGaN合金，可制作响应峰值波长在200nm—365nm的高响应紫外探测器。体材料的AlGaN探测器工作波长处于日盲区(280nm以下)，Al组分必须高于40％。目前较高晶体质量的高Al组分AlGaN材料很难实现，一般都存在较大的缺陷和位错密度；而且实现较高浓度的P型AlGaN材料也很困难。这些问题严重制约了AlGaN深紫外探测器的发展。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于氮化镓基的PIN型的深紫外探测器，能够实现波长在200nm-280nm的紫外光探测。

为实现本发明的目的，本发明提供深紫外探测器的技术方案为：

它包括透明的衬底，所述衬底上生长的成核层，成核层上生长的缓冲层，其特征在于缓冲层上依次生长的有n型AlGaN层，周期性结构AlN/Al_aGa_1-aN阻挡层，周期性结构AlN/Al_bGa_1-bN吸收层，AlN限制层，周期性结构AlN/Al_cGa_1-cN阻挡层，p型GaN层；所述AlN/Al_aGa_1-aN阻挡层中每个周期的AlN厚度、AlN/Al_cGa_1-cN阻挡层中每个周期的AlN厚度、AlN/Al_bGa_1-bN吸收层中每个周期的AlN厚度为0.4nm-1.5nm；其中0≤b<a<c<1，；p型GaN层上连接p型欧姆接触电极合金，n型AlGaN层上连接n型欧姆接触电极合金。

特别的：AlN/Al_aGa_1-aN阻挡层首层为垒材料AlN层，其次为阱材料Al_aGa_1-aN层，接着重复周期垒材料AlN层、阱材料Al_aGa_1-aN层，最后一层为垒材料AlN层；总厚度为50-500nm。上述的周期性结构的AlN/Al_aGa_1-aN阻挡层设置能够实现：晶体质量良好且禁带宽度大于5.5eV的阻挡层，有效限制吸收区的载流子，从而提高内量子效率。