[发明专利]AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管(APD)。

背景技术

紫外探测在民用和军事等领域均具有广泛的应用，包括化学和生物分析(臭氧，污染物以及大部分有机化合物的吸收线在紫外光谱范围)、火焰探测(包括火灾报警，导弹预警和制导，燃烧监测等)、光通信(特别是卫星间采用波长小于280nm的紫外光进行通信)、紫外光源的校准(仪器，紫外线光刻等)，以及天文学研究。传统的紫外探测主要依靠光电倍增管(PMT)、热探测器、半导体光电二极管(Photodiode)或电荷耦合器件(CCD)实现。PMT具有高增益和低噪声，但是，其体积大且玻璃外壳易碎，同时还需要很高的电源功率。热探测器(高温计或辐射热测量仪)通常用于紫外波段的校准，它的响应速度很慢而且响应度和波长不相关。半导体光电二极管和CCD具有固态器件的优势，且只需要中等的工作电压。半导体光探测器体积小、重量轻，并且对磁场不敏感。它们具有成本低，线性度好、灵敏度高的优势和高速工作的能力，是实现紫外探测的理想途径。

目前，最常用的紫外光电探测器件是基于Si材料的光电二极管，但是它和其他窄禁带半导体探测器一样面临如下的一些固有的局限性。首先，对于Si或GaAs等这些窄禁带半导体而言，紫外光的能量远高于其带隙，它们在紫外光的照射下很容易老化。此外，钝化层(通常是SiO2)会减少深紫外线范围的量子效率，同时也面临紫外线照射退化的问题。这些器件的另一个限制是其同时对低能量的光子也具有响应，因此必须使用昂贵和复杂的滤波器来阻挡可见光和红外线光子，导致有效面积有显著损失。最后，对于某些高灵敏度的应用，探测器的有源区必须冷却以减少暗电流，冷却后的探测器会作为污染物的冷阱而导致更低的探测率。

发明内容

本发明提供了一种半导体结构，自下至上依次包括：衬底；缓冲层；n型层；i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；第一p型层；i型光敏吸收层；以及第二p型层，其中，i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构104₁～104_N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为Al_yGa_1-yN，最上部的材料为Al_zGa_1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为Al_cGa_1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。

本发明还提供了一种半导体结构的制造方法，包括：提供衬底；在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成n型层；在n型层上形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；在i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层上形成第一p型层；在第一p型层上形成i型光敏吸收层；以及在i型光敏吸收层上形成第二p型层，其中，形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括：沿垂直于衬底表面方向形成叠置的N个周期结构104₁～104_N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为Al_yGa_1-yN，最上部的材料为Al_zGa_1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为Al_cGa_1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明实施例的AlGaN基渐变组分超晶格雪崩光电二极管的结构示意图；

图2示意性示出了根据本发明实施例的组分渐变层中组分变化曲线示例；以及

图3a～3j示出了根据本发明实施例的AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管的制造方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。