[发明专利]一种优化氮化镓雪崩探测器n型层厚度的方法有效

专利信息
申请号: 202010426031.9 申请日: 2020-05-19
公开(公告)号: CN111651714B 公开(公告)日: 2023-02-28
发明(设计)人: 王晓东;陈雨璐;王兵兵;张传胜;童武林;胡永山;张晧星;张伟;陈栋 申请(专利权)人: 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所)
主分类号: G06F17/12 分类号: G06F17/12;H01L31/18
代理公司: 上海段和段律师事务所 31334 代理人: 李慧;郭国中
地址: 200063 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 优化 氮化 雪崩 探测器 厚度 方法
【说明书】:

本发明提供一种优化氮化镓雪崩探测器n型层厚度的方法,包括如下步骤:获取氮化镓雪崩探测器物理模型的参数,构建其数值模型;根据数值模型获取固定p电极偏压UF下的光谱响应率RS随入射波长λ变化的曲线;获得不同n型层厚度hn所对应的光谱响应率曲线;分别获取固定窗口区波长λ1与固定短波区波长λ2对应的光谱响应率RS随n型层厚度hn变化的曲线;获取拟合固定p电极偏压UF下的光谱抑制比Rr随n型层厚度hn变化的曲线的函数式;获取拟合探测器缺陷密度Dd随n型层厚度hn变化的曲线的函数式;根据所得函数式比值获取最佳n型层厚度。本发明优点在于对于不同结构和不同工艺的氮化镓雪崩探测器均可提取出最佳n型层厚度。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域,具体地,涉及一种优化氮化镓雪崩探测器n型层厚度的方法。

背景技术

氮化镓(GaN)雪崩探测器是一种新型紫外探测器,由于其极高的探测灵敏度获得了学术界与工业界的广泛关注。此外,氮化镓雪崩探测器还具有可见盲及日盲探测能力,该能力可以使探测系统摆脱不仅昂贵而且低效的光学滤波组件,从而极大提高了系统的集成度与可靠性。因此,氮化镓雪崩探测器在环境监测、火灾预警及天文观测等涉及国民经济的重要领域具有广阔的应用前景。光电倍增管是人类历史上最早出现的高灵敏紫外探测器,其增益可达106以上,但由于其具有体积庞大、易碎且需要高偏压工作环境等缺点严重制约了它的发展。上个世纪60年代首次提出的氮化镓雪崩探测器,通过高电场下载流子的碰撞电离作用,一举克服了光电倍增管的以上缺点,因此在应用推广上取得了长足进步。

受氮化镓材料外延技术限制,早期大部分雪崩探测器设计为正照射模式。随着氮化镓材料质量的持续改进,氮化镓雪崩探测器的背照射模式逐步取代了正照射模式,这是因为背照射模式具有更高的空穴注入效率及具有更低的倍增噪声,此外增益均匀性、击穿电压稳定性及读出电路兼容性等关键性指标也属背照射模式的优越。氮化镓雪崩探测器可分为两种结构,一种是p-i-n三层结构(依次为p型层、吸收层(或倍增层)、n型层);另一种是p-i-n-i-n五层结构(依次为p型层、倍增层、分离层、吸收层、n型层)。其中,第一种结构的吸收层与倍增层共用同一功能层,第二种结构的吸收层与倍增层通过中间的分离层实现分离。两种结构各有优劣,其中p-i-n三层结构与p-i-n-i-n五层结构相比具有表面平整度高与缺陷密度低的优点;p-i-n-i-n五层结构与p-i-n三层结构相比具有雪崩增益高与过剩噪声低的优点,他们在不同的场合可发挥各自的应用价值。

n型层作为氮化镓雪崩探测器的关键功能层,其作用一方面是吸收短波区紫外辐射(波长λ330nm)并消除该辐射对探测器的杂波干扰,另一方面是透过窗口区紫外辐射(波长330nmλ360nm)并为后续的辐射吸收、光生载流子的分离及倍增等过程创造条件。n型层的厚度可直接影响短波区紫外辐射的消除效果及窗口区紫外辐射的透过效果,从而影响探测器的关键指标光谱抑制比,而且n型层厚度也是探测器另一关键指标缺陷密度的强关联函数。因此,对n型层厚度开展优化工作对于氮化镓雪崩探测器的光谱性能提升具有重要作用。针对n型层厚度的优化,现有方法是选择不同n型层厚度的一系列氮化镓雪崩探测器直接进行流片,然后根据流片结果择优进行选用,时间和经济成本均较高。

发明人前期的研究中,专利文献CN105633215A公开了一种优化阻挡杂质带探测器阻挡层厚度的方法,该方法通过考察阻挡层厚度对响应率及噪声的影响,确定了阻挡杂质带探测器的最佳阻挡层厚度,这是因为制约阻挡杂质带探测器性能的两个重要因素是响应率及噪声。与阻挡杂质带探测器不同,制约氮化镓雪崩探测器性能的主要因素是光谱抑制比及探测器缺陷密度,因此本发明首次提出的优化氮化镓雪崩探测器n型层厚度的方法是通过分析氮化镓雪崩探测器光谱抑制比及缺陷密度随n型层厚度变化的规律来确定最佳n型层厚度。

发明内容

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