[发明专利]一种实现低电压下AlGaN探测器雪崩倍增的方法

说明书

一种实现低电压下AlGaN探测器雪崩倍增的方法属于半导体技术领域，解决了AlGaN探测器在高电场下性能崩塌，难以实现雪崩探测的问题。该方法包括如下步骤：选择蓝宝石、硅、碳化硅等用于氮化物外延的衬底材料；在步骤一所述的衬底材料上制作AlN模板；在步骤二所述的AlN模板制作Al组分从1逐渐变为0.4的p型AlGaN层，温度从1300℃梯度减小到1200℃变化；在步骤三所述的p型AlGaN层上制作Al组分为0.4的本征AlGaN层结构，温度保持在1200℃；在步骤四所述的本征AlGaN层结构上制作Al组分从0.4逐渐变为1的n型AlGaN层，温度保持在1200℃，三甲基镓梯度减小；在p型AlGaN层和n型AlGaN层分别制备电极，并且在电极上加负偏压，实现低电压下雪崩倍增。本发明具有工艺简单，效果显著，应用前景广阔等优点。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种实现低电压下AlGaN探测器雪崩倍增的方法。

背景技术

波长处于200nm至280nm的太阳辐射极少能够到达地球表面，因而在军事及民用领域，单光子日盲紫外探测都有着非常重要的应用。AlGaN材料的禁带宽度在3.4eV至6.2eV连续可调，对应的波长在200nm至365nm，是日盲紫外探测器的重要基础材料之一。目前，多种基于AlGaN材料的紫外探测器被研究，其结构类型包括光电导型、肖特基型、MSM型、p-n结型以及雪崩倍增探测器(APD)型。对于光导型探测器，虽然具有增益的特性，但是其结构本身引起的响应速度慢的问题限制其应用；对于肖特基型、MSM型和p-n结型，具有快的响应速率，但是不具备增益的特性，难以实现对微弱信号的探测；APD基于材料在高场下碰撞电离产生大量电子空穴对，因而它具有极高的增益，又具有快的响应速率，被视为是能够实现对微弱信号进行探测，甚至实现单光子探测的一种探测器结构。但是APD对AlGaN材料质量及P型和N型掺杂效率要求很高，现有的材料生长方法难以满足其要求，因此，限制了AlGaN-APD型探测器的发展和应用。对于AlGaN材料而言，p型、n型掺杂激活能都随着Al组分含量的增加(0～1)而快速增加，当Al组分为1时，P-AlN材料的激活能已经高达600meV以上，掺Si的n型材料的激活能也高达200meV以上，因此载流子浓度非常低。为实现探测器的雪崩倍增，需要更大的工作电压。但是，由于AlGaN材料质量的限制(高密度缺陷)，AlGaN雪崩探测器往往未实现雪崩倍增而器件漏电击穿，制约了AlGaN雪崩探测器的应用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明创新提出一种实现低电压下AlGaN探测器雪崩倍增的方法，利用Al组分渐变的p型和n型层，代替传统的Al组分不变的p型和n型层的方法，通过极化电荷产生强电场。同时，通过极化电荷提高空穴和电子浓度，实现AlGaN雪崩探测器在低电压下实现雪崩倍增。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种实现低电压下AlGaN探测器雪崩倍增的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：选择用于氮化物生长的材料作为衬底；

步骤二：在步骤一所述的衬底材料上生长AlN模板；

步骤三：在步骤二所述的AlN模板制作Al组分从1逐渐变为0.4的p型AlGaN层，温度从1300℃到1200℃变化；

步骤四；在步骤三所述的p型AlGaN层上制作Al组分为0.4的本征AlGaN层结构，温度保持在1200℃；

步骤五：在步骤四所述的本征AlGaN层结构上制作Al组分从0.4逐渐变为1的n型AlGaN层，温度保持在1200℃；

步骤六：在p型AlGaN层和n型AlGaN层分别制备电极，并且在电极上加负偏压，实现低电压下雪崩倍增。