[发明专利]基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于m面4H‑SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法，主要解决现有技术由量子限制斯塔克效应导致外量子效率下降和失配导致的外延层开裂问题。其自下而上包括：m面4H‑SiC衬底(1)和n型AlGaN外延层(2)；该n型AlGaN外延层采用Al组分为85％‑95％，掺杂浓度为10¹⁷‑10¹⁸cm^‑3的AlGaN，其上同时设有掺杂浓度为10¹⁸‑10²⁰cm^‑3的p型BN外延层(3)和n型欧姆接触电极(4)；该p型BN外延层上设有p型欧姆接触电极(5)。本发明减小了材料的缺陷密度，提高了p型层空穴浓度，提升了器件的可靠性和外量子效率，可用于紫外探测设备中。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种非极性AlGaN/BN构成的PN结紫外探测器，可用来制作高外量子效率和低缺陷的紫外探测设备。

技术背景

第一代用于紫外光电探测器的半导体材料是硅，硅的禁带宽度为1.12eV，硅基紫外光电探测器的主要缺点就是暴露在强辐射下会造成器件老化，降低器件使用寿命；此外，作为典型的钝化层的SiO₂降低了器件在深紫外区域的外量子效率。另一个的缺点就是器件对低能辐射灵敏度低。而作为第二代紫外光电GaAs基探测器常存在稳定性和重现性等问题。作为第三半导体材料的三元Al_xGa_1-xN材料系统具有3.4eV-6.2eV超宽带隙范围，覆盖介于约360nm和200nm的带边截止值，具有高抗辐射能力和高抗热应力能力，此外，BN材料具有5.9eV的超宽禁带，容易实现p型掺杂。因此，AlGaN/BN构成的PN结在紫外探测领域具有显著优势。

传统的Ga极性AlGaN基紫外探测器，由于量子限制斯塔克效应的存在而导致强度高达MV/cm量级的极化电场，因此光生载流子在欧姆接触层内垂直于极化电场横向运动至相应的电极会受到极化电场的强烈阻碍，从而使得探测器的外量子效率不高，并且随着AlGaN层Al组分的升高，量子限制斯塔克效应带来的能带弯曲越来越显著，这将直接减少电子波函数的交叠，降低器件的辐射复合效率。此外，在传统c面蓝宝石衬底上外延的AlGaN层，由于与衬底材料之间存在的较大晶格失配和热失配，会引入大量通常作为导电通道的位错和缺陷，当Al组分大于30％以后，外延的AlGaN层甚至会出现裂纹，这直接影响器件的性能和可靠性。传统的AlGaN材料还面临一个问题是p型AlGaN层中Mg的离化率和空穴迁移率会随着Al组分的增加而降低，Mg离化率和空穴迁移率的降低均会导致紫外探测器p型层空穴浓度的大幅度降低。

发明内容

本发明的目的在于针对传统紫外探测器的不足，提出一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器及制备方法，以在提高AlGaN外延层晶体质量的同时，提升器件的空穴浓度和辐射复合效率，获得高性能的紫外探测器。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种基于m面4H-SiC异质外延非极性AlGaN/BN的PN结紫外探测器，其自下而上包括：4H-SiC衬底和n型外延层，该n型外延层上同时设有p型外延层和n型欧姆接触电极，且二者之间存在间距，p型外延层上设有p型欧姆接触电极，其特征在于：

所述的SiC衬底，其晶面取向为m面；

所述的n型外延层，采用Al组分为85％-95％，掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁸cm^-3的AlGaN材料；

所述p型外延层，采用掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3的BN材料。

进一步，其特征在于，n型AlGaN外延层的厚度为3-4μm。

进一步，其特征在于，p型BN外延层的其厚度为2-3μm。