[发明专利]基于纳米孔阵式超短周期超晶格的深紫外MSM光电探测器有效

专利信息
申请号: 201810708469.9 申请日: 2018-07-02
公开(公告)号: CN108878547B 公开(公告)日: 2019-10-22
发明(设计)人: 黄凯;阳超;高娜;卢诗强;康俊勇 申请(专利权)人: 厦门大学
主分类号: H01L31/0224 分类号: H01L31/0224;H01L31/0352;H01L31/108;H01L31/18
代理公司: 厦门市首创君合专利事务所有限公司 35204 代理人: 张松亭;林燕玲
地址: 361000 *** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 超晶格 光电探测器 外量子效率 超短周期 金属电极 纳米孔 吸收层 贯穿 感应耦合等离子体刻蚀 载流子 纳米压印技术 纳米孔阵列 肖特基接触 载流子隧穿 金属注入 深紫外光 微细加工 最小单元 光电流 缓冲层 可调控 平面型 衬底 刻蚀 孔阵 窄带 吸收
【说明书】:

本发明公开基于纳米孔阵式超短周期超晶格的深紫外MSM光电探测器,其结构从下至上依次包括:衬底、缓冲层、纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格以及金属电极;通过纳米压印技术和感应耦合等离子体刻蚀微细加工手段,在平面超短周期超晶格上形成有序贯穿的纳米孔阵列;所述孔阵的最小单元形状、尺寸、周期及刻蚀深度可调控。所述金属电极设置在纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格上,同时将金属注入到纳米孔间隙并与其下的超晶格吸收层形成肖特基接触。本发明避免了平面型超晶格吸收层中与表面较远处载流子隧穿能力较弱的问题,使得离表面较深处的超晶格吸收外深紫外光并将载流子被金属电极直接收集,有效增大了器件的光电流,最终提高深紫外MSM窄带光电探测器的外量子效率。

技术领域

本发明涉及基于纳米孔阵式超短周期超晶格的深紫外MSM光电探测器,属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

近年来,由于紫外和深紫外光电探测器在军事和民生领域有着广阔的应用前景和重要的应用价值,国际上已把紫外探测技术作为半导体光电器件技术领域的研发重点。其中,MSM平面构型光电探测器凭借其暗电流小、响应速度快以及制备工艺简单、易于单片集成等综合优势,成为较常用的紫外光电探测器结构。

材料是器件的基础。III组氮化物体系的AlGaN材料有着宽带隙可调的特点,同时热导率和电子饱和漂移速度高、化学稳定性优,能够适应高温、强辐射等恶劣的工作环境。因此,基于AlGaN半导体材料的紫外和深紫外光电探测器已成为紫外探测技术的优先选择。

然而,当前基于常规AlGaN体材料所制备的光电探测器并不具备针对单一波长选择和精确识辨探测的能力,为此,中国发明专利201310461747.2实现了一种基于二维晶格AlN/GaN的深紫外窄带探测器,解决了传统深紫外探测器窗口层施加特定波长滤波片工作的技术难题。在该器件结构中,主要利用超短周期超晶格较薄的平面势垒层使得载流子在其间隧穿并被表面的金属电极所收集;但由于此探测器使用的是MSM结构,离表面较深处超晶格中的光生载流子难以有效隧穿过势垒而被电极收集,使得光电流较小,从而极大地限制了该种新型紫外探测器外量子效率的提高以及器件的实际应用。因此,有必要发展研究新的结构和技术,进一步提高MSM型深紫外窄带探测器的外量子效率。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷,提出基于纳米孔阵式超短周期超晶格的深紫外MSM光电探测器,具有全新机理,提高了外量子效率。

本发明采用如下技术方案:

基于纳米孔阵式超短周期超晶格的深紫外MSM光电探测器,其特征在于:包括由下至上的衬底、缓冲层、纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格以及金属电极;

该纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格由第一介质膜层和第二介质膜层交替生长而成,且通过纳米压印技术和感应耦合等离子体刻蚀微细加工手段在该纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格上形成有序贯穿的纳米孔阵列;

金属电极设置在纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格上,同时将金属注入到纳米孔阵列的间隙,该金属电极与该纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格形成肖特基接触。

优选的,所述衬底为同质衬底,该同质衬底为氮化镓或氮化铝单晶。

优选的,所述衬底为异质衬底,该异质衬底为蓝宝石或碳化硅或石英或单晶硅。

优选的,所述第一介质膜层为氮化镓单晶或铝镓氮混晶,所述第二介质膜层为氮化铝单晶或铝镓氮混晶。

优选的,所述纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格的最小单元的半径为25nm~130nm。

优选的,所述纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格的孔阵周期为100nm~500nm。

优选的,所述纳米孔阵贯穿型超短周期超晶格的最小单元的深度为200nm~800nm。

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