[发明专利]一种新型双台面碳化硅SACM单光子探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型双台面碳化硅SACM单光子探测器及其制备方法，该单光子探测器制备于n型SiC衬底上，采用n+/n‑/n/n‑/p结构或p+/p‑/p/p‑/n结构；所述单光子探测器从顶部至雪崩层的上表面刻蚀有小角度倾斜台面，小角度倾斜台面的底角小于10°，且小角度倾斜台面采用半台面结构；所述小角度倾斜台面的下台面至底部接触层刻蚀有垂直台面，形成深槽隔离；所述垂直台面的直径大于小角度倾斜台面下台面的直径。本发明能够提高器件填充因子和芯片利用率，优化SiC SACMAPD的有效光敏区域；通过垂直台面刻蚀实现相邻器件之间的电学隔离和光学隔离。

技术领域

本发明属于半导体器件光电探测领域，具体涉及一种新型双台面碳化硅SACM单光子探测器及其制备方法。

背景技术

微弱紫外光探测或单光子探测在火灾预警、电晕检测、导弹尾焰检测、科学研究、深空检测和紫外通讯等领域具有广泛的应用前景。紫外探测和可见光、红外光探测相比存在一个“日盲”波段的优势。240nm-280nm波段的太阳光在穿过大气层时几乎完全被大气臭氧层吸收，地球表面不存在该波段的太阳辐射，我们称该波段为“日盲”波段。对于“日盲”波段，地球表面如同一个天然的暗室，不存在太阳辐射的影响，探测到的任何信号都来源于目标，具有独特的信号识别优势，因此，“日盲”波段紫外探测器在应用中优势显著。与常用的硅(Si)材料相比，碳化硅(SiC)作为一种宽禁带半导体材料，光谱响应峰值在～280nm附近，位于“日盲”波段，不受可见光的影响；另外，SiC材料的临界电场强度在3MV/cm以上，可以承受更高的电压，耐高压特性好，更适用于大功率的电子器件；此外，SiC具有材料缺陷密度相对小和制备工艺相对成熟等优势，是制备“日盲”波段微弱紫外光探测器的优选材料。

随着紫外探测技术的快速发展和应用领域的不断扩展，人们对特殊功能或多种功能紫外探测器实际应用的需求也越来越多样化。现代紫外探测器不仅需要具备高稳定性、高灵敏度、高速和高信噪比等优势以用于国防预警、紫外通讯等领域，还需要实现灵活小巧、工作智能等新型要求以适应基础设施、无人值守等监测条件。目前的单光子探测器主要有光电倍增管(PMT)等真空光电探测器件和雪崩光电二极管(APD)。虽然PMT可以实现对微弱光的探测，但其存在很多不足，例如：体积大、易破损、寿命短；器件的工作电压高，一般在1000V以上；量子效率低，一般小于30％。而APD具有体重小、功耗低、量子效率高、增益高以及便于集成等优势，是紫外单光子探测领域的一个主要发展方向。APD是一种具有内部增益的光电二极管，工作在反向偏压下，当耗尽区电场强度足够大时，光生载流子在耗尽区内获得足够的动能，与晶格发生碰撞，产生新的电子空穴对，因此在耗尽区中会发生链式的载流子碰撞离化过程。目前SiCAPD的增益达到10⁵-10⁶以上，峰值量子效率达到50％以上，是用于微弱紫外光探测的首选器件。