[发明专利]一种雪崩焦平面探测器外延结构及其制备方法

权利要求书

1.一种雪崩焦平面探测器外延结构，其特征在于，所述外延结构从上至下包括非故意掺杂AlGaN吸收层、N型AlGaN组分渐变层、N型AlGaN超晶格层、非故意掺杂AlN模板层以及AlN单晶衬底。

2.根据权利要求1所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构，其特征在于，所述非故意掺杂吸收层采用Al_x1Ga_1-x1N材料；厚度范围为0.1～0.5μm；其中x1为Al组分，0.2≤x1≤0.6。

3.根据权利要求1所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构，其特征在于，所述N型组分渐变层采用Al_x2Ga_1-x2N材料；厚度范围为0.01～0.1μm；其中x2为Al组分，x1≤x2≤x3，x1为非故意掺杂吸收层中的Al组分，x3为N型AlGaN超晶格层的最上层的Al组分。

4.根据权利要求1所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构，其特征在于，所述N型AlGaN超晶格层包括沿垂直于衬底表面方向叠置的一个或多个周期结构；所述周期结构采用上下交替的两种不同的N型AlGaN材料；其中所述N型AlGaN超晶格层的最上层为Al_x3Ga_1-x3N材料，最下层为Al_x4Ga_1-x4N材料，厚度均为0.005-0.01μm；x3、x4分别代表不同的Al组分，0.6≤x3≤0.8，x3+0.1≤x4≤1。

5.一种雪崩焦平面探测器，其特征在于，其芯片的外延片结构包括如权利要求1～4任一所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构，在所述外延结构上加工形成二极管阵列，从而加工得到雪崩焦平面探测器芯片。

6.一种雪崩焦平面探测器外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1：对AlN单晶衬底的上下表面进行清洗和抛光；

S2：采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述AlN单晶衬底表面生长一层非故意掺杂AlN模板层；

S3：采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述非故意掺杂AlN模板层上依次生长N型AlGaN超晶格层；

S4：采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述N型AlGaN超晶格层上生长硅掺杂的N型AlGaN组分渐变层；

S5：采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述N型AlGaN组分渐变层上生长非故意掺杂AlGaN吸收层。

7.根据权利要求6所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中包括采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述非故意掺杂AlN模板层上依次生长硅掺杂的N型高、低Al组分交替的Al_xGa_1-xN超晶格结构层；其中，生长温度为1000-1300℃，生长压力为50-500torr,其中，x表示超晶格结构层中的Al组分；高Al组分的Al_x4Ga_1-x4N组分为x3+0.1≤x4≤1，低Al组分的Al_x3Ga_1-x3N组分为0.6≤x3≤0.8，且厚度均为0.005-0.01μm，共生长5～10个周期结构，电子浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹/cm³。

8.根据权利要求6所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中包括采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述N型AlGaN超晶格层上生长硅掺杂的N型Al_x2Ga_1-x2N组分渐变层；其中x1≤x2≤x3，x1为非故意掺杂吸收层中的Al组分，生长温度为1000-1300℃，生长压力为50-500torr，厚度为0.01-0.1μm，电子浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹/cm³。

9.根据权利要求6所述的一种雪崩焦平面探测器外延结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中包括采用金属有机物化学气相沉积技术，在所述N型AlGaN组分渐变层上生长非故意掺杂的Al_x1Ga_1-x1N吸收层；其中0.2≤x1≤0.6，生长温度为1000-1300℃，生长压力为50-500torr，厚度为0.1-0.5μm。