[发明专利]一种低噪声、高响应Ga2

说明书

一种低噪声、高响应Ga₂O₃基雪崩光电二极管(APD)及其制备方法，属于属于半导体光电探测器技术领域。依次由p‑Si衬底、低厚度n‑Ga₂O₃薄膜、高厚度UID‑Ga₂O₃薄膜、n⁺‑Ga₂O₃欧姆接触层、欧姆接触电极组成，薄膜外延全部由MOCVD工艺而成。本发明能够实现低噪声、高响应的Ga₂O₃基SAM‑APD制备，可以在mm²数量级的器件面积下，实现～10⁴A/W的响应度。本发明克服了目前水平结构Ga₂O₃紫外探测器电流密度较低、响应低、工艺复杂的问题，能够有效提高Ga₂O₃紫外探测器的响应度，进而促进其实际应用。

技术领域

本发明属于半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种低噪声、高响应Ga₂O₃基雪崩光电二极管(APD)及其制备方法。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)是一种新兴的超宽带隙(UWBG)半导体材料，由于具有4.2～4.9eV的超宽带隙，基本覆盖了整个日盲紫外波段；高击穿电场强度以及高热稳定性，使其成为在日盲紫外探测领域的理想材料。当前Ga₂O₃基紫外日盲探测器，如光电导型和PN结型，响应度较低、难以实际应用。雪崩光电二极管(APD)利用PN结耗尽区的高电场实现内部电流增益，响应度大大提高，这也使APD对较弱的紫外线信号更加敏感。APD另一个重要参数是噪声，APD往往随着反偏压的增加而表现出更强的散粒噪声，从而降低器件的信噪比。该问题可以通过采用异质结分离吸收和倍增区(SAM)结构有效解决。在SAM-APD中，分别利用窄带隙和宽带隙半导体作为吸收和倍增区，实现降低噪声的同时减少隧道电流，提高器件的信噪比。目前，SAM-APD在InGaAsP和AlGaN基APD上都实现了较为广泛的应用。

但是对于本身为UWBG且尚未实现p型掺杂的Ga₂O₃，基于n-Ga₂O₃与其它p型材料(如Si)形成的异质结制备SAM-APD器件成为一种可行的选择。通过调整Ga₂O₃外延层的厚度和掺杂浓度，可以在Ga₂O₃内获得与SAM-APD类似的电场分布，实现吸收和倍增分离的效果。这对Ga₂O₃薄膜制备和电学性质调控提出了技术要求。其次，Ga₂O₃薄膜异质外延中的点缺陷和表面态对于表面势垒和漏电流具有较大影响，薄膜质量也迫切需要改善。MOCVD工艺作为当前产业化外延薄膜的主要手段，在Ga₂O₃薄膜外延、性质调控方面具有优势。基于上述问题，本发明提出一种低噪声、高响应的Ga₂O₃基SAM-APD及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是通过MOCVD工艺，提供一种具有多层掺杂结构、低噪声高响应的Ga₂O₃基SAM-APD及其制备方法。