[发明专利]一种具有内增益的紫外探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到的光电探测器及制造工艺技术，具体是指具有内增益的可见盲紫外探测器及制备技术。 

背景技术

如今，紫外探测技术已经越来越显示出它的重要性，小信号探测对探测器性能提出了更高的要求。曾经出现的紫外真空管以及Si基、SiC基等具有内增益的紫外探测器，自身固有的缺点限制了它们在紫外探测领域的应用前景，而工作在紫外波段的具有内增益的GaN基半导体紫外探测器恰好可以克服这些方面的不足。这种类型的探测器在激光成像雷达、环境探测、荧光、远距离探测等各个领域均有十分广泛的应用前景，通过探测信号既可以获得移动目标的距离也可以知道目标的移动速度，因此可以对移动目标进行精确探测，这是普通探测器所无法完成的工作。本发明所提及探测器的内增益是通过光生载流子在i层内被反偏电场加速而与材料原子碰撞使其产生电子-空穴对来获得的。鉴于GaN材料生长技术方面的限制，目前研制的器件结构主要是肖特基(Schottky)结构、p-i-n结构等。被探测的光信号从p型GaN材料层方向入射(正照式)也可从衬底方向入射(背照式)进探测器而作用到本征(i)型GaN层，不同的入射方式分别对应于是电子或是空穴引起碰撞电离而获得内增益。针对具有内增益背照式p-i-n结构的探测器，目前国际上主要是通过减小n型GaN的厚度来实现的。但是n型材料层的厚度越小，制备得到的器件的串联电阻越大，使其反偏暗电流越大，倍增特性曲线上直线部分的斜率相应的就会愈大，对于工作在盖革模式(Geiger)下的器件是一个不利的因素。同时，兼顾材料生长技术、器件制备工艺以及器件性能三者之间的制约关系，使得器件的光敏面面积既不能太大也不能太小，目前有报道的器件的光敏面直径主要集中在30微米至50微米之间。另外设法减小器件的反偏暗电流也是一项技术难题，影响具有内增益的光电器件的倍增、噪声等性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有内增益的紫外探测器及其制备方法，解决现有的紫外探测技术及器件制备过程中的难题，提高对弱紫外辐射信号的探测能力。 

本发明所叙述的具有内增益的紫外光电探测器为p-i-n⁺结构，外延材料具有五层结构如说明书附图1所示，首先在双抛的蓝宝石、Si或SiC衬底1上外延生长AlN(高、低温生长)或GaN缓冲层2，缓冲层厚度一般为0.5um-3um，尽可能减小外延材料中因晶格失配而引起的缺陷的密度。接着为三层外延材料：n-Al_xGa_1-xN:Si(0＜x＜1)层3，它的厚度及掺杂浓度分别为0.1um～0.3um和10¹⁶～10¹⁸/cm³；i-GaN(未掺杂)层4它的厚度及载流子浓度分别为0.1um～0.6um和10¹⁵/cm³；p-GaN:Mg层5，它的厚度及掺杂浓度分别为0.5um～1um和10¹⁸～10¹⁹/cmw。入射的光信号在p层(正照式)和i层(被照式)产生的光生载流子(电子或空穴)被i层的内建电场加速，获得足够高的能量后，与基体材料原子碰撞而得到电子-空穴对，新生的电子或空穴再因加速碰撞而产生新的电子-空穴对，按照这种方法就可以获得光电流的倍增，实现了探测器的内增益。在外延材料上制备的紫外探测器的结构如附图2和3，p型接触电极6电子束蒸发淀积的Ni/Au/Ni/Au；第一层钝化层7是利用PECVD技术生长的SiO₂或Si₃N₄，n型接触电极8为电子束蒸发淀积的Ti/Al/Ti/Au； 第二层钝化层9是利用PECVD技术生长的SiO₂或Si₃N₄；加厚电极10和互联电极11淀积生长的金属为Cr/Au。 

制备技术包括制备普通探测器的一般工艺，简述如下： 

(1)超声波有机溶剂、等离子体清洗材料表面。 

(2)电子束、蒸发淀积生长金属电极及加厚和互联电极。 

(3)ICP刻蚀而得到器件的光敏区。 

(4)PECVD技术、磁控溅射技术生长钝化层。 

但是鉴于本发明涉及到的具有内增益的紫外探测器的特点，在制备技术上的特殊之处如下：