[发明专利]一种高响应度低暗电流PIN结构的4H-SiC紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高响应度低暗电流PIN结构的4H‑SiC紫外探测器及其制备方法，一种高响应度低暗电流PIN结构的4H‑SiC紫外探测器，在上电极和上电极4H‑SiC欧姆接触层之间设有氧等离子体处理的4H‑SiC欧姆接触层。上电极为Ti单层金属或含Ti多层金属复合结构。本发明高响应度低暗电流PIN结构的4H‑SiC紫外探测器克服了传统PIN结构4H‑SiC紫外探测器响应度低的缺点，在不增加器件的外延技术难度、器件制备复杂程度及成本的前提下，有效提升器件的灵敏度，并保持极低的暗电流水平。

技术领域

本发明涉及一种高响应度低暗电流PIN结构的4H-SiC紫外探测器及其制备方法，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

紫外探测技术是继红外探测技术和激光探测技术后新兴的一种探测技术。紫外光(UV)探测在军事、民用、工业及科学研究等多个领域具有重要应用，如导弹尾羽监测和预警、非可视距紫外通讯、短距离紫外激光雷达、高压弧光放电、火焰检测、紫外固化、紫外杀菌消毒、天体物理研究、生物技术和材料科学研究等诸多军事、工业、民用、科学领域。

常见的光电探测器结构有：金属-半导体-金属(MSM)结构、肖特基(Schottky)结构、PN/PIN结构、光电导结构、雪崩光电探测器(APD)结构。其中，MSM、Schottky结构的光电探测器器件结构简单，制备工艺简单，但是器件有效利用面积低，高温工作稳定性差，且无增益，响应度低，不适合弱光探测；PN/PIN结构的光电探测器具有暗电流低、量子效率高、高温工作稳定性优等优点，但是器件结构复杂，器件无增益，无法实现弱光信号的快速探测；光电导结构的光电探测器器件结构简单，具有增益，响应度高，但是光电导结构的光电探测器漏电高，响应速度慢，而且稳定性差；APD结构的光电探测器器件具有增益，响应度高，但器件复杂，且工作在高电场强度下，器件的增益对器件的内部电场极敏感，需对APD两端的电压进行精确控制，制备流程复杂。

目前，常用于制备紫外探测的半导体材料是第一代半导体材料Si和第三代半导体材料GaN和SiC。其中，Si的禁带宽度为1.12eV，波段响应范围覆盖近红外-可见-紫外范围，对可见光具有强烈的响应，在用于紫外探测时，需使用价格昂贵、面积大的紫外滤光片，而且，Si材料对紫外具有强烈的吸收效果，导致Si探测器在紫外波段的量子效率极低，在制备紫外探测器时，需进行特殊的紫外增强型结构设计以及特殊工艺流程设计和改进。作为第三代半导体代表材料的GaN和SiC材料具有大禁带宽度、高电子漂移速度、高临界击穿场强、高热导率、化学稳定性优、对可见光无响应等优点，是制备紫外探测器的理想材料。与Si基紫外探测器相比，GaN和SiC基紫外探测器具有：1、更高的灵敏度；2、无需加装紫外滤光片，直接实现可见光盲特性，对可见光无响应；3、可在高温、强辐射等恶劣环境下工作。

当前在紫外探测市场上，已出现商业化的GaN和SiC紫外探测器，其结构主要为PIN结构和Schottky结构。由于GaN材料生长技术原因，GaN晶体材料中缺陷密度较高，最终导致GaN紫外探测器的器件暗电流较高，抗静电击穿能力差、长期稳定性差等缺点，因此，市场上的GaN紫外探测器主要用在紫外线指数检测、紫外消毒等民用领域。对于SiC紫外探测器而言，得益于材料生长技术的快速发展及日趋成熟，SiC材料晶体质量高，缺陷密度低，因此，目前市场上的SiC紫外探测器具有暗电流低、稳定性优、以及超大尺寸等优良的性能；但由于SiC材料是间接带隙半导体，在UVA、UVB波段的紫外吸收系数低，因此其量子效率低于GaN紫外探测器，且市场上的SiC基PIN/Schottky结构的紫外探测器均为无增益结构，无法在高压弧光放电、非可视距紫外通讯、短距离紫外激光雷达、生物荧光等军事、工业和科学的高端领域实现应用。

发明内容

本发明提供一种高响应度低暗电流PIN结构的4H-SiC紫外探测器及其制备方法，目的是解决当前SiC基Schottky结构紫外探测器在低压工作时，响应度低、暗电流高、长期可靠性差的缺点，以及PN/PIN结构紫外探测器在低压工作时，响应度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：