[发明专利]一种高温度稳定性紫外雪崩光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温度稳定性紫外雪崩光电探测器及其制备方法，其中高温度稳定性紫外雪崩光电探测器，其结构从下至上依次为AlN模板层、AlN缓冲层、n型AlGaN层、i型GaN吸收层、n型GaN分离层、GaN/AlN能带调制周期结构层和p型GaN层；所述n型AlGaN层上引出有n型欧姆电极；所述p型GaN层上引出有p型欧姆电极；所述GaN/AlN能带调制周期结构层由交替设置的多层GaN层和AlN层组成。本发明的高温度稳定性紫外雪崩光电探测器对于更广泛的应用范围具有很强的适应性，特别是对于挥发温度下的应用。

技术领域

本发明涉及光电探测器，尤其涉及一种高温度稳定性的吸收倍增区分离型GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法。

背景技术

高增益光电倍增管(PMT)是检测在大气中迅速衰减的弱紫外信号的最常用方法，但是真空管使其体积大、易碎且难于集成。为克服这些弱点，半导体雪崩光电二极管(APD)正在迅速发展，有望在不久的将来替代PMT更精确地检测弱信号。尽管在材料生长和器件制造方面取得了许多突破，但依然存在许多困扰研究人员的技术瓶颈。在常规的雪崩器件中，由于强烈的载流子散射，为了获得高增益来检测单光子，强烈需要高电场以使电子和空穴保持相似的电离系数并使雪崩过程沿着两个相反的方向进行，直到淬灭发生这才可以停止。

实现高灵敏度和低噪声探测器的研制，并且在实际应用中能够在恶劣环境中稳定工作一直是各国研究的技术攻破关键。倍增吸收分离型(SAM)雪崩光电二极管的使用能够有效的将光吸收层和雪崩倍增层分离，倍增区的离化撞击完全由离化系数比电子高的空穴来完成，从而增强雪崩倍增的同时也降低了噪音。2012年，汪莱等公开了一种吸收倍增区分离型的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]，由于倍增区和吸收区分离，载流子雪崩倍增距离得到提高，从而灵敏度也明显增加。但是在常规的雪崩器件中，由于强烈的载流子散射，声子散射对温度高度敏感。并且在超高灵敏度APD中，电离过程是倍增的基础，碰撞电离是一个与温度相关的过程，因此温度将强烈影响给定电场的碰撞电离系数，它的振动会导致倍增性能的严重下降。所以在高灵敏度和低噪声的基础上提高器件的温度稳定性是很有必要的。

已经提出许多尝试来实现高增益单极电离APD。例如，1982年，Capasso和同事提出了一种AlGaAs/GaAs超晶格APD。根据他们的理论，由于导带偏移远大于价带偏移，因此从AlGaAs向GaAs传输的热电子可能比空穴更容易触发电离。在他们的观点中，带偏移被认为是电离阈值的降低，然而，通过模拟实验表明，雪崩的效率不够高。这是因为卫星谷和第一个谷之间的空隙不够，电子在运输过程中会遇到剧烈的谷间散射。