[实用新型]一种雪崩光电二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体光电二极管探测器件，尤其是涉及一种4H-碳化硅亚微米柱紫外雪崩光电二极管。

背景技术

紫外波段的光探测，特别是在日盲波段的紫外探测，已经日益成为光探测领域的重要研究对象。紫外光电二极管主要应用于太空研究、环境检测、医疗应用和军事辅助等。现今，外加滤波器的高响应度光电倍增管为最广泛应用的紫外光电二极管，然而由于其太过于笨重、易损坏和昂贵等因素的制约，使得对紫外光探测的科学研究日益转向了小体积、低成本和高稳定性的半导体紫外光电二极管。

半导体紫外光电二极管的半导体材料主要有硅(Si)、铝镓氮(AlGaN)、氧化锌(ZnO)和碳化硅(SiC)等。Si材料及其器件的制作最为成熟，然而由于其材料固有性质的限制，如窄禁带和高暗电流密度，导致了器件的响应度不高以及需要昂贵的光过滤元件的集成；直接带隙的AlGaN三元半导体材料，具有宽的直接禁带和禁带宽度可调节的特性。通过调节AlGaN中Al的掺杂浓度，可以实现真正意义上的紫外波段日盲探测。然而，由于其材料生长以及器件工艺还不够成熟，导致材料和器件(特别是器件表面)的高缺陷密度。由于直接带隙半导体的光吸收大多发生在靠近器件表面附近，而器件表面缺陷对载流子的复合将会大大增强，因此导致了(Al)GaN紫外光电二极管的探测性能大打折扣，如响应度极低。ZnO为新型的宽禁带半导体材料，具有生长成本低和内部增益等优点，然而由于其材料生长还不成熟，不适合应用于高工作电压的雪崩光电二极管。而作为第三代宽禁带半导体的SiC材料，因为其具有宽禁带、高击穿电场强度、高热导率、高抗辐射性能、成熟的材料制备工艺、高空穴电子离化率比以及高饱和载流子速率等一系列优点，使之成为了制作紫外光雪崩二极管的优选半导体材料。

目前，半导体紫外光电二极管一般有4种：金属-半导体-金属结构的光电二极管、PIN结构的光电二极管、光电导结构的光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。APD因其具有灵敏度高、增益带宽大和响应速度快而备受人们关注，其主要应用于微弱信号和单光子信号的检测。微弱信号的检测在生物技术、医学和光通讯方面都有非常重要的作用。例如：激光诱导荧光性生物报警系统和非线性光线隐蔽通讯。激光诱导衰变中产生的紫外荧光的光强在pW量级，相当于每秒几百万个光子，而非线性光线隐蔽通讯中要求光电二极管的探测响应速率大1Mbs。单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、量子密钥分发系统等领域有广泛的应用。由于单光子二极管探测器在高技术领域的重要地位，它已经成为各发达国家光电子学界重点研究的课题之一。

然而，对于传统的APD，当器件各层掺杂浓度和结构确定后，其击穿电压(Vbr)和紫外可见比都是为定值，紫外可见比也不能满足实际意义的日盲探测需求。此外传统雪崩吸收分离(SAM)结构的APD只能依靠复杂的外部电路实现其熄灭功能。因此，具有自动熄灭功能和高紫外可见比特性的新型结构APD变成为光电学学界的一个研究目标。

发明内容

本实用新型的目的在于针对目前APD存在的日盲探测上的不足、紫外可见比不高和器件熄灭功能实现的复杂性等问题，提供一种具有超高紫外可见比的光控击穿电压亚微米柱紫外雪崩光电二极管(SMAPD)。

本实用新型设有高掺杂N⁺型衬底，在高掺杂N⁺型衬底上表面设有N^-层，在N^-层上表面两侧设有高掺杂P⁺型电场强度调节层，在N^-层的中间部分上表面设有N型雪崩倍增层，在N型雪崩倍增层的上表面设有P⁺型的欧姆接触层，在N型雪崩倍增层和P⁺型的欧姆接触层的两侧分别设有氧化层，在高掺杂N⁺型衬底的下表面(即器件的背面)设有正电极，在P⁺型的欧姆接触层的上表面设有金属负电极。

设于N^-层上表面两侧的高掺杂P⁺型电场强度调节层之间的宽度最好0.6μm，所述高掺杂P⁺型电场强度调节层的厚度最好为0.1μm。