[发明专利]CdZnTe/CdTe/AlN复合结构、日盲区紫外探测器件和其制备方法

说明书

本发明提供了一种提供CdZnTe/CdTe/AlN复合结构、日盲区紫外探测器和其制备方法，其外延层包括由下至上依次设置的p型AlN衬底、CdTe过渡层和n型CdZnTe膜，所述p型AlN衬底上引出p型欧姆电极，所述n型CdZnTe膜上引出n型欧姆电极。本发明提供的CdZnTe/CdTe/AlN基日盲区紫外光探测器制备方法包括衬底预处理、CdTe过渡层的溅射过程、CdZnTe薄膜的生长过程、CdZnTe/CdTe/AlN基日盲区紫外光探测器的电极制作4个主要步骤。本发明方法能在CdTe/AlN衬底上快速生长大面积、低缺陷浓度的CdZnTe薄膜，CdTe/AlN衬底能保证CdZnTe/CdTe/AlN基日盲区紫外光探测器在极端环境下的使用，所制得的CdZnTe/CdTe/AlN垂直电导结构有着较低的漏电流，对日盲区紫外光也有着较强的光响应。

技术领域

本发明涉及一种半导体的膜复合材料、其制备工艺及应用，特别是涉及一种CdZnTe膜器件及其制备工艺，应用于无机非金属材料制造、光学功能器件技术领域。

背景技术

光电探测技术是光电信息技术的核心，是一种根据被探测对象辐射和反射特征来进行识别的技术。如今的光电探测已由可见光波段延伸到红外和紫外两个非可见光区。紫外光的波长范围主要在10-400nm。其中，由于平流层臭氧的强烈吸收，280nm以下的紫外光无法穿透大气到达地球表面，因此被称为太阳盲区。工作于该区域的光电探测器，即所谓的日盲区紫外探测器。日盲区紫外探测因不受太阳光背景的影响，具有信噪比高、误报率低、可全天候工作等优点，被广泛应用于导弹预警和跟踪、火焰探测、臭氧监测、高压电晕检测、光通信、和太空研究等领域。紫外探测技术的核心是研制高响应速度、高灵敏度和低噪音的紫外探测器。

紫外探测器是一种将一定形式的电磁辐射信号转变为另一种易被接收处理的信号形式的传感器。由于实际应用的需求，我们需要量子效率高、面积大、分辨率高、动态范围宽、速度快、噪声低的紫外探测器。依据工作方式不同，可以将半导体探测器大致分为光电导探测器(无结器件)和光伏型探测器(结型器件)。光电导探测器是利用半导体的光电导效应而制作的光探测器，具有结构和工艺较为简单及内部增益高等优点，但缺点是响应速度慢，器件的暗电流和漏电流大。光伏探测器是利用半导体p-n结光伏效应制作的光探测器，其基本原理是当光照射到p-n结时，光生电子空穴对被内建电场分离，形成和入射光功率大小有关的光生电动势。如果p-n结被短路，就会产生光电流。根据内建电场形成的结的势垒不同，光伏探测器又可以分为p-n结、p-i-n结、金属-半导体(MS)肖特基势垒结和异质结等形式。p-n结型及p-i-n结型光伏探测器的优点是它们的工作所要求的偏压低、输入阻抗高、可以工作的频率大、制造技术和半导体的平面工艺可以融合。它们的缺点是由于p层掺杂会产生较高的位错密度，进而降低了光生载流子的扩散长度，从而制约了响应速率和光响应能力。在p区与n区间增加一层轻施主掺杂的近似本征区，这就是p-i-n结构的光伏探测器。因为增大了器件PN结耗尽区的宽度，同时让光生载流子尽量在耗尽区产生，而且反向偏置的电压可以使载流子的渡越时间减小，导致该探测器光响应大，响应速度快，漏电流和噪声都比较小。

CdZnTe属于II-VI族化合物半导体，是由CdTe与ZnTe按一定比例组合而成的固熔体化合物。作为一种宽禁带半导体，CdZnTe适用于紫外探测，且CdZnTe材料本身电阻率高，用作紫外探测时有着较小的暗电流。目前常用的几种CdZnTe膜外延的衬底材料有FTO、ITO、玻璃和GaAs，FTO、ITO、玻璃价格便宜，但抗辐射性能和高温稳定性较差，不适合在核探测或紫外探测的严苛环境下工作。GaAs热导率较低，散热能力较差，不适合制作大功率器件。AlN则具有宽的直接带隙，热导率高、化学惰性高、热稳定性好、抗辐射能力强等优点，用作生长CdZnTe膜的衬底有利于紫外探测器件在各种环境的使用。

碲化镉(CdTe)作为一种重要的P型II-VI族宽禁带半导体材料，具有稳定的化学性质。CdTe有两种晶体结构，分别是纤锌矿和闪锌矿，两种结构中镉原子与碲原子之间较强的键合使其不易被离化。如何调控晶格匹配的生长，来获得低缺陷密度的外延材料，成为亟待解决的技术问题。