[发明专利]表面电场增强的PIN光电探测器的结构及其制备方法

说明书

技术领域

表面电场增强的PIN光电探测器结构及其制备方法，属于半导体光电子技术领域，涉及一种半导体探测器件的结构及其制备方法。

背景技术

PIN结构光电探测器能有效地增加吸收长度和吸收效率，具有在室温下工作、能量分辨率高、脉冲上升时间短、探测效率高、性能稳定等优点，成为二十世纪六十年代以来迅速发展的一种半导体探测器，在生物医学、数据存储媒介、火焰监测、紫外线剂量测量、高能射线探测、医疗、安检、工业探伤等领域得到广泛应用。当光照射在PIN光电探测器的光敏面上，光子能够在材料内部产生电子空穴对，在耗尽区内建电场的作用下光生电子漂移到N区，光生空穴漂移到P区，分别输运到正负电极而被收集，产生光电流。

光电流的大小除了与增透膜的设计、材料的质量有关外，还与光生载流子被电极收集的效率有关。通过增透膜的设计可以使光的透过率达到95%以上，而材料的质量随着制备科学的不断进步已接近完美。因此，光生载流子的收集效率是限制探测器光电流大小的关键因素，而光生载流子的收集效率与器件内部电场密切相关。传统的PIN光电探测器主要采用平面和两种结构。前者的整个表面采用p型重掺杂区，通过增大耗尽区的电场强度而提高探测器的收集效率，但是p型重掺杂区的掺杂浓度通常在10¹⁹cm^-3以上，厚度达到1微米以上，这样会引入损伤，产生大量非辐射复合中心，少子寿命大大下降（约为1微秒），大大降低短波波段的光谱响应。后者的整个表面采用较薄的p型轻掺杂区，掺杂浓度通常在10¹⁶cm^-3左右，厚度在0.5微米以下，虽然提高了少子寿命（约为100微秒），提高了短波波段的响应，但是光生空穴被收集到p型轻掺杂区后，还是要经过较长的横向输运过程才能被电极收集，响应速度慢，同时表面存在的界面态等导致的非辐射复合进一步降低探测器件的光谱响应。

图1（a）显示了传统结构光电探测器重光生载流子收集的物理过程，由于传统结构的光电探测器仅具有p型轻掺杂区105，除了通过过程①，在p型欧姆接触层104附近的光生空穴能直接被p型欧姆接触电极102收集，其余被p型轻掺杂区105收集到的光生空穴需要横向输运较长距离才能到达p型欧姆接触层104，而后被p型欧姆接触电极102收集，如图中过程②所示，由于界面处存在很多界面态，在过程②中光生空穴非常容易发生非辐射复合，导致载流子收集效率降低，器件的光谱响应降低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种表面电场增强的PIN光电探测器的结构及其制备方法。

本发明的表面电场增强的PIN光电探测器，其结构如附图2所示，其特征包括：本征层107，位于本征层107上表面有环形的p型欧姆接触层104，在p型欧姆接触层104中间具有p型重掺杂区106，其掺杂浓度要求为1×10¹⁷cm^-3到1×10²²cm^-3之间，深度在0.5μm到10μm之间，p型重掺杂区106其结构形状为多个或单个重掺杂条、多个或单个重掺杂环、多个重掺杂点阵，任意相邻条之间、任意相邻环之间、点阵中任意相邻点之间的间距根据p型重掺杂区106与本征层107之间形成的耗尽区宽度来计算，且该间距为耗尽区宽度的2倍到3倍，p型重掺杂区106与p型欧姆接触层104相连，p型重掺杂区106与p型欧姆接触层104之间覆盖有p型轻掺杂区105，p型轻掺杂区105的掺杂浓度应介于本征层107及p型重掺杂区106之间，在1×10¹⁶cm^-3到1×10¹⁹cm^-3之间，厚度在0.01μm到0.5μm之间，位于环形的p型欧姆接触层104之上为p型欧姆接触电极102，p型欧姆接触电极102内为增透层101，p型欧姆接触电极102外为氧化保护层103，位于本征层107下表面有n型欧姆接触层108，n型欧姆接触层108之下为n型欧姆接触电极109。

本发明的表面电场增强的PIN光电探测器在外加光照条件下，在p型欧姆接触电极102和n型欧姆接触电极109之间加反向偏压或0偏压时，可实现光子探测。