[发明专利]一种III族氮化物半导体雪崩光电二极管探测器

说明书

本发明公开了一种III族氮化物半导体雪崩光电二极管探测器。包括衬底及生长在衬底之上的外延层。外延层自下而上的顺序依次为非故意掺杂氮化物缓冲层，非故意掺杂氮化物过渡层，重掺杂n型氮化物欧姆电极接触层，非均匀掺杂p型氮化物有源层，p型掺杂氮化物层和重掺杂p型氮化物欧姆电极接触层。本发明同时公开器件制备方法，包括：利用多次光刻及干法刻蚀制作器件边缘的台阶，在所述的p型欧姆接触层及n型欧姆接触层分别蒸镀p型及n型金属电极，经过合金与半导体形成欧姆接触。本器件结构增强了雪崩光电二极管有源区的电场强度，通过有效提高有源区场强、降低器件边缘漏电流，实现氮化物雪崩光电探测器的低暗电流、高增益、高探测响应度性能。

技术领域

本发明涉及一种探测器，尤其涉及一种基于III族氮化物半导体材料的低电流、雪崩光电二极管探测器及其制备方法。

技术背景

随着信息技术的高速发展，基于半导体的固态光电探测技术在现代光电信息探测领域中的地位越来越重要。以GaN基材料为代表的 III族氮化物半导体(包括其二元化合物GaN、InN和AlN，三元化合物InGaN、AlGaN和AlInN以及四元化合物AlInGaN)具有禁带宽度调节范围宽、直接带隙、电子迁移率高、击穿电场高、电子饱和漂移速度高、热导率高、介电常数较小、耐高温、抗辐射性强、化学稳定性高等一系列特点，可通过调节三元或四元化合物的组分(带隙) 实现可见光至深紫外光范围的探测，非常适合于制作高性能的固态光电探测器。目前，紫外探测器在火焰探测，环境监控，太空光通信，导弹预警系统，量子通信等军事或民用领域上都有着广泛的应用需求。相比于传统的真空倍增管与硅探测器，基于III族氮化物半导体的光电探测器具有量子效率高、耐高温、耐腐蚀，抗辐照、重量轻、寿命长、抗震性、工作电压低好等优点，成为当前光电探测领域内研究和开发的热点。

光电探测器主要分为光电导型和光伏型，其中光伏型光电二极管又包括非增益型的肖特基势垒型、p-i-n结型光电二极管和具有内部增益的雪崩光电二极管(APD)等类型的器件；而基本结构是p-i-n 结的APD探测器是目前最具优势的III族氮化物光电探测器，具有工艺简单，内部增益大，响应速度快，灵敏度高等优点，是可实现微弱光信号探测的优选高性能光电探测器。

对于以p-i-n结为基本结构的III族氮化物雪崩光电二极管，器件内部的高电场集中分布在i层，电场强度的调控主要通过调节p型层、 n型层的载流子浓度及i层的厚度来实现。为了增强有源层i层的电场强度，需要提高p型层中或是n型层中的载流子浓度，又或是减少 i层的厚度。对于III族氮化物，p型层的空穴浓度由于受到离化能高和强自补偿效应的影响，难以达到5×10¹⁸cm^-2以上；n型层的电子浓度相对容易提高，但实现10¹⁹cm^-2以上的电子浓度所需的高施主掺杂会导致氮化物外延晶体质量劣化；而减小i层厚度则会损失光吸收，导致量子效率降低。因此，通过p型、n型层中载流子浓度和i层厚度调控电场的空间有限，需要发展其它方法进行场强改善。