[发明专利]一种GaN基紫外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基紫外光电探测器及其制备方法，器件包括：衬底，利用外延生长法在衬底依次生长AlN缓冲层，非故意掺杂Al_xGa_1‑xN组分渐变层，n型Al_yGa_1‑yN，轻掺杂Si的n型Al_zGa_1‑zN插入层，Mg掺杂的p型Al_kGa_1‑kN，AlN阻挡层，非故意掺杂Al_LGa_1‑LN层，n型Al_mGa_1‑mN组分渐变层，Si掺杂n型Al_nGa_1‑nN作为集电极以及欧姆接触电极的引出层，通过电子束蒸镀设备以及合金热处理工艺形成的n型欧姆接触电极。本发明通过二次干法刻蚀，截断了表面漏电通道，抑制了边缘电场，提高了器件的击穿电压，通过表面湿法处理，使得器件的光电流显著增加，减少了暗电流，提高了器件的光增益。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域，更具体地，涉及一种GaN基紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

目前，商用紫外光电探测器多采用Si基固态探测器或光电倍增管。由于Si基器件会同时对可见光、红外波段进行响应，因此需要额外附加紫外带通滤波器以抑制由太阳光和其它照明所带来的背景噪声。这不仅降低了探测器的光响应度,也增加了成本。而以GaN基材料为代表的宽禁带半导体由于具有较宽的禁带宽度，可以对紫外光进行本征响应，毋须额外在探测器外附加滤波片。除此之外，GaN基材料还具有直接带隙、对紫外光子敏感、紫外吸收量子效率高、电子饱和迁移速度大、化学稳定性好等优点。因此，GaN基材料是制备具有高光增益、低暗电流特性的紫外光电探测器的理想材料。

然而，紫外光信号一般十分微弱，因此对于光电探测器而言，要求有较高的内部增益易实现微弱光探测。目前而言，在各类型GaN/AlGaN基光电探测器中，能实现高内部光增益的器件结构主要雪崩光电二极管(Avalanche photodiode,APD)和异质结光电晶体管(Heterojunction Phototransistor,HPT)两种。APD探测器需要在光电二极管的电极两端加上较大的工作偏压以产生雪崩效应，这导致了工作点不易控制，噪声大，漏电流高。HPT主要是利用光生空穴在基区的累积效应，诱导发射区的大量电子渡越基区流向集电极，产生比光生电子-空穴流大得多的集电极光电流，从而实现高内部增益。但事实上，HPT器件相比于APD探测器也有所不足。由于雪崩光电二极管是在高偏压下工作，电子的迁移速率较高，器件响应速度较快；而HPT是在低偏压下工作的，需要先依靠光生空穴在基区的积累以降低发射结势垒以实现电子的渡越，故而相较于APD探测器，其响应速度不高。因此一种结合了APD与HPT器件优点的器件应运而生，它既具有倍增层，具有雪崩增益，同时也采用异质结结构，具有光诱导增益，理论上它可以在较低偏压下，具有较高的响应速度和光增益。结合二者的特点，这种器件命名为雪崩异质结光电晶体管(Avalanche HeterojunctionPhototransistor,AHPT)，AHPT具有代替上述两种光电探测器的潜力，但仍面临着一些需要解决的问题。

目前的准垂直台型结构GaN基紫外探测器大多需要使用干法刻蚀手段(如，电感耦合等离子体刻蚀Inductively Coupled Plasma etching，ICP)技术在材料上刻蚀出台面，而在这种高能离子物理轰击之后，器件表面尤其是器件的侧壁部分会留下大量以氮空位、悬挂键为代表的表面缺陷，以及杂质离子，导致形成表面反型层。表面反型层会改变器件内部电场的大小和形状，形成表面漏电沟道。这些漏电沟道会使器件表面发生能带弯曲，增大了器件边缘的局部电场，使得载流子在器件边缘具有更大的隧穿和复合几率，形成较大的隧穿电流和复合电流，致使器件暗电流增大，降低器件的光增益，甚至会引起器件在较低偏压下提前击穿，严重影响探测效率和精确性。通常情况下我们会在半导体加工工艺流程中通过干法刻蚀后处理的方式来修复一部分的刻蚀损伤，但实际上后处理后，器件表面仍然存在大量的表面缺陷，且器件的边缘电场仍然很大。