[发明专利]半导体紫外探测器芯片及其外延结构

说明书

本发明涉及紫外探测器技术领域，尤其涉及一种半导体紫外探测器芯片的外延结构及其制备方法、半导体紫外探测器芯片。本发明通过交替生长的超晶格层的设置实现了对半导体缓冲层的位错线的有效阻挡，极大的降低了整个缓冲层的位错密度，解决了由于位错密度偏大导致器件暗电流大的问题；在P型传输层和P型接触层之间引入应变超晶格层，此层的引入能够使结构产生应变，能带发生弯曲，电子空穴隧穿迁移效果明显提升，提高了量子效率，提高了紫外响应度；应变超晶格层的引入能够有效阻止底层材料位错线的延伸，如此能够极大的降低器件的暗电流，从而提升紫外日盲探测器的性能。

技术领域

本发明涉及紫外探测器技术领域，尤其涉及半导体紫外探测器芯片及其外延结构。

背景技术

半导体探测器件因其优异的特性在很多领域被广泛应用，尤其紫外半导体探测器因其军事和民用领域而备受关注。因为大气层对紫外线有散射吸收的作用，所以紫外线在地球表面量比较少，而波长小于280nm的几乎被大气层完全吸收，被称作日盲波段。而日盲紫外探测器能够对导弹尾焰进行跟踪探测，而这种探测并不被太阳产生的紫外线干扰，具有很强的抗干扰性和保密性，这个特性在军事领域有很重要的应用价值。除此之外，在民用领域，火焰探测，水污染探测，医学检查，锅炉控制等方面也应用颇广。

材料科学的进步促进了氮化物半导体紫外探测器的快速发展，几种常见的探测器也被研发出来，如GaN PIN型光电二极管，金属-半导体-金属（MSM）光电二极管，PN结型光电二极管，肖特基型光电二极管。但是，由于材料的质量还不够高，结构设计还不够好，导致探测器的暗电流大，光谱响应噪声高，光谱响应度低等问题，限制了很多领域的应用。基于氮化铝镓（AlInGaN）材料的深紫外发光二极管具备坚固、节能、寿命长、无汞、环保等优点，正逐步渗入汞灯的传统消毒杀菌应用领域。为了感知紫外杀菌的效果及剂量等参数，日盲探测器的应用将使得杀菌技术的应用将更加直观，丰富紫外杀菌的应用场景。

目前，AlGaN紫外日盲探测器的结构主要以N型AlGaN，非掺AlGaN吸收层，P型GaN接触层组成。而因为AlGaN材料的质量较差，导致AlGaN紫外日盲探测器存在暗电流大，光谱响应度较低等问题。目前市场主流产品5V偏压下的暗电流超过微安水平，光谱响应0.1A/W。

发明内容

本发明的目的在于提供半导体紫外探测器芯片及其外延结构。所述外延结构降低了AlInGaN探测器的暗电流。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了包括由下到上依次层叠设置的衬底、半导体缓冲层、交替生长的超晶格层、第一N型半导体层、第二N型半导体层、紫外光吸收层、应变超晶格层和第二P型接触层；

所述应变超晶格层包括由下到上依次交替生长的P型传输层和第一P型接触层；

所述P型传输层的材料为Al_x7In_y7Ga_1-x7-y7N；

所述第一P型接触层的材料为Al_x9In_y9Ga_1-x9-y9N；

x7-x9≥0.2。

优选的，所述P型传输层和第一P型接触层的厚度独立的为0.5~5nm。

优选的，所述应变超晶格层的交替生长的周期数为2~50。

优选的，所述半导体缓冲层的材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0.5≤x1≤1，0≤y1≤1；

所述半导体缓冲层的厚度为200~5000nm。

优选的，所述交替生长的超晶格层包括由下到上交替生长的第一超晶格层和第二超晶格层；所述第一超晶格层和第二超晶格层的材料不同；