[发明专利]高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及光电子器件领域，具体涉及一种AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法。

背景技术

III族氮化物是宽禁带直接带隙半导体材料，具有良好的导热性能，高电子饱和速度，物理化学性能稳定等优点，是近年来国内外重点研究的新型半导体材料，在高电子迁移率晶体管、高亮度发光二极管、高功率激光器及高灵敏度日盲或可见光盲光电探测器等方面有着广泛的应用前景。不过，随着科学技术的发展，人们对III族氮化物半导体材料和器件提出了更高的要求，为了改善和提高III族氮化物半导体材料和器件的光电性能，人们不断挖掘III族氮化物半导体材料本身的一些特有属性，如极化效应就是III族氮化物特有的一种禀性。但是，极化效应在III族氮化物中，既有正面作用，也有负面效应，合理利用III族氮化物的极化，扬长避短，将为新型氮化物半导体光电子器件的设计和性能的提高打开一个新的天地。在电磁波谱中，波长在200nm～400nm范围内的辐射称为紫外辐射，太阳光是最强的紫外辐射光源，但由于大气中臭氧层和其它大气气体的吸收和散射作用，紫外光特别是波长小于280nm的日盲紫外光会绝大部分被大气所吸收，因此，紫外信号特别是日盲紫外信号具有背景干扰小、目标信号容易检测、不容易产生虚假警报等优点，在科学和军事领域有广泛的应用。一直以来，由于光电倍增管(PMT)具有高的电流增益(＞10⁶)、低的暗电流，能够在强的太阳背景下探测到微弱的紫外信号，因此光电倍增管一直占据着探测器的主要市场，然而，光电倍增管也有着体积大、容易损坏、需要很高的击穿电压(＞1200V)、价格昂贵的缺陷，并且在紫外探测波段和硅基探测器一样，需要集成复杂昂贵的滤波系统。具有高增益的AlGaN雪崩光电探测器(APD)为固体探测器，体积小、功耗低、并且能够得到日盲紫外探测性能，能够弥补光电倍增管和硅基探测器的缺点，具有部分取代光电倍增管的潜力。但是，由于高Al组分AlGaN材料制备和p型掺杂尚未得到很好的解决，要想获得高增益的AlGaN雪崩光电探测器目前仍是一大难题。近年来，GaN基可见光盲雪崩探测器得到了长足的发展，工作于线性模式倍增因子高于10³的GaN APD以及工作于盖革模式倍增因子高于10⁷的GaN APD都已成功获得[参见文献J.B.Limb，D.Yoo，J.H.Ryou，W.Lee，S.C.Shen，R.D.Dupuis，M.L. Reed，C.J.Collins，M.Wraback，D.Hanser，E.Preble，N.M.Williams，and K.Evans，Appl.Phys.Lett.，89，011112(2006).与文献K.A.McIntosh，R.J.Molnar，L.J.Mahoney，K.M.Molvar，N.Efremow，and Jr.，S.Verghese，Appl.Phys.Lett.，76，3938(2000).]。AlGaN与GaN有着相似的材料特性，尽管GaN APD的发展取得了可喜的进步，然而，AlGaN材料的APD却发展缓慢，2007年，Turgut等人再次报道了在蓝宝石衬底上生长的Al组份为0.4的AlGaN肖特基结构的APD，其光电倍增因子为1560倍[参见文献T.Tut，M.Gokkavas，A.Inal，and E.Ozbay，Appl.Phys.Lett.，90，163506(2007).]。2012年，汪莱等公开了一种吸收倍增区分离(SAM)的GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器结构及其制备方法[参见专利，GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器及制备方法，申请号：201110391564.9]，倍增区和吸收区分离的特点使载流子雪崩倍增距离提高，从而使灵敏度大大增加。

发明内容

本发明是利用低Al组分的p型Al_zGa_1-zN层来增加i型Al_yGa_1-yN倍增层的电场，设计了一种高增益的背入射SAM p-i-n-i-n结构的AlGaN紫外雪崩光电探测器。