[发明专利]一种具有增益的紫外探测器结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种基于SiC的具有增益的紫外探测器结构及其制备方法。

背景技术

紫外探测技术是近50年来新发展起来的一项技术，在军事和民用等领域具有广泛而重要的应用，因而成为国内外研究开发的重点课题。对于军事方面，紫外探测器在紫外对抗与反对抗技术、紫外制导及预警系统、紫外保密通讯等领域发挥了重要应用；对于民事方面，紫外探测器可用于如火焰探测、刑事侦查、天文观测、医疗保健等日常生产、生活等众多领域。

宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金钢石(C)等，由于其较宽的带隙，能够在很强的可见及红外线背景下检测200～380nm波段的紫外光，同时具有耐高温及高效、高可靠性的特点，是理想的制备紫外光电探测器的材料。目前，用来制备紫外探测器较为成熟的材料是GaN、SiC。其中，SiC材料作为光电探测器的优势包括：(1)SiC材料自身有衬底，且随着SiC材料在功率器件方面的快速发展和应用，其材料质量相对较高，其缺陷密度远低于GaN的缺陷密度，因而有利于制备大面积光电器件。(2)SiC是可以在其上直接热氧生成高质量的SiO₂的化合物半导体材料，其热氧形成的SiO₂作为钝化层，可降低器件表面的漏电流。(3)由于SiC材料在功率器件方面巨大的应用前景，SiC器件的相关制备工艺发展较快。这些因素为SiC作为制备紫外光电探测器的材料提供了良好的基础。

目前，SiC材料的研究主要集中在带隙较宽的4H-SiC材料上。基于SiC的紫外探测器，常见的结构有肖特基(Schootky)光电二极管、p-i-n光电二极管、金属-半导体-金属(MSM)光电探测器和雪崩光电二极管(APD)等。其中，Schottky、p-i-n和MSM结构的SiC光电探测器，其制备工艺相对简单，具有较低的工作偏压，但都没有内部增益，对微弱光信号的响应度很低，无法满足对微弱紫外光信号的探测需求，使其应用受到一定的限制。

与其它结构的探测器相比，4H-SiC紫外APD器件，利用雪崩倍增机制实现内部增益和光电流放大，灵敏度高、响应速度快，适合进行紫外微弱信号的探测。4H-SiC材料的APD紫外探测器的特点是，在工作中能够实现高的增益，但在使用时需加高的偏置电压，这会给器件带来较高的噪声，降低器件的信噪比；并且为了提高器件的击穿电压，往往需要在器件结构中加入结终端设计，这增加了器件的制备工艺难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种紫外光探测器及其制备方法，以在不需要高的偏置电压下实现光增益，并避免器件中较高的雪崩噪声。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于SiC的具有增益的紫外探测器，该紫外探测器包括：半绝缘SiC衬底；在该半绝缘SiC衬底上外延生长的p型缓冲SiC外延层；在该p型缓冲SiC外延层上外延生长的n型SiC外延层；在该n型SiC外延层上外延生长的n⁺型SiC外延层；部分刻蚀该n⁺型SiC外延层至露出该n型SiC外延层从而在该n型SiC外延层表面形成的条状凹栅区；在该条状凹栅区两侧未被刻蚀的该n⁺型SiC外延层上形成的源漏区欧姆接触源极和漏极；在该条状凹栅区上形成的透明肖特基势垒栅极；以及在欧姆接触源极、漏极与透明肖特基势垒栅极之间形成的钝化介质层。

上述方案中，所述半绝缘SiC衬底厚度为300～400nm；所述p型缓冲SiC外延层厚度为0.5～2μm；所述n型SiC外延层厚度为0.2～0.4μm；所述n⁺型SiC外延层厚度为0.1～0.2μm。

上述方案中，所述p型缓冲SiC外延层，掺杂浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁵cm^-3；所述n型SiC外延层，掺杂浓度为1×10¹⁷～3.5×10¹⁷cm^-3；所述n⁺型SiC外延层，掺杂浓度为大于1×10¹⁹cm^-3。

为达到上述目的，本发明还提供了一种基于SiC的具有增益的紫外探测器的制备方法，该方法包括：

步骤10、在半绝缘SiC衬底上依次生长p型缓冲SiC外延层、n型SiC外延层和n⁺型SiC外延层；