一种PIN结构紫外光电探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种PIN结构紫外光电探测器，其外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底、AlInGaN四元合金吸收层和p型NiO层，所述p型NiO层上引出的p型欧姆电极，所述n型GaN衬底上引出的n型欧姆电极。采用了AlInGaN四元合金材料作为吸收层，因此能有效降低探测器的暗电流，提高紫外光电探测器的灵敏度和响应度。采用NiO作为p型层，极大减小了与n型GaN衬底之间的晶格失配，提高紫外光电探测器的综合性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种紫外光电探测器，尤其是涉及一种PIN结构紫外光电探测器，属于半导体光电子器件领域。
技术介绍
紫外光电探测器在军用和民用方面都具有重要的应用价值和发展前景，如：紫外告警与制导、碳氢化合物燃烧火焰的探测、生化基因的检测、紫外天文学的研究、短距离的通信以及皮肤病的治疗等。PIN结构紫外光电探测器具有体积小、重量轻、寿命长、抗震性好、工作电压低、耐高温、耐腐蚀、抗辐照、量子效率高和无需滤光片等优点，最近已成为光电探测领域的研究热点。直接在GaN衬底上制备的同质外延GaN紫外光电探测器，其暗电流密度在10-6A/cm2量级，线性模式内部增益>104，单光子探测效率～24％[参考文献K.Minder,J.L.Pau,R.McClintock,P.Kung,C.Bayram,andM.Razeghi,Appl.Phys.Lett.,91,073513,(2007).]。四元化合物AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)的能带隙范围为0.7～6.2eV，可通过改变Al和In组分进行连续的调节，使其吸收光谱的波长范围可以从200nm(深紫外)一直到1770nm(近红外)，在高亮度蓝、绿、紫光发光二极管，蓝、紫色激光器以及抗辐射、耐高温、大功率微波器件等领域有着广泛的应用潜力和良好的市场前景。未掺杂的NiO薄膜材料由于本身存在大量的固有受主缺陷，从而表现为一种典型的p型半导体薄膜材料，室温下其禁带宽度为3.6～4.0eV，在透明导电薄膜、紫外光电探测器等领域具有广阔的应用前景。另外，NiO材料具有与GaN材料相近的晶格常数，极大地减小了材料晶格失配带来的影响。随着薄膜制备技术的不断发展，以NiO薄膜为代表的p型半导体材料，已经成为了半导体光电子材料研究领域的热点。申请号为201210314750.7的中国专利公开了一种PIN结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法，申请号为201210333832.6的中国专利公开了一种基于异质结构吸收、倍增层分离GaN基雪崩光电探测器，其倍增区和吸收区分离的特点使载流子雪崩倍增距离提高，从而能够使灵敏度大大增加。申请号为201310367175.1的中国专利公开了一种高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法，同样也是采用倍增区和吸收区分离的方法使载流子雪崩倍增距离提高，可明显降低紫外雪崩光电探测器雪崩击穿时的外加电压和暗电流，有助于提高紫外雪崩光电探测器雪崩倍增因子。申请号为201310367196.3的中国专利公开了一种日盲紫外DBR结构，采用了Alx1Iny1Ga1-x1-y1N-Alx2Iny2Ga1-x2-y2N组分渐变层，解决由于晶格失配累积的应变所导致的缺陷或者开裂问题。传统PIN结构的紫外光电探测器绝大部分都是基于蓝宝石或者Si衬底的，由于GaN、AlN、InN以及组成的三元或者四元合金材料与蓝宝石或者Si衬底之间存在着巨大的晶格失配与热失配，因而在材料生长过程中会引入大量的缺陷，遂穿机制明显，导致暗电流很大，因而严重制约了此类结构探测器的探测性能的提高。
技术实现思路
本技术提供了一种PIN结构紫外光电探测器，解决PN以及PIN结构紫外光电探测器在材料质量、暗电流较大、器件灵敏度与响应度上存在的问题和不足。本技术技术方案如下：一种PIN结构紫外光电探测器，其外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底、AlInGaN四元合金吸收层和p型NiO层，所述p型NiO层上引出的p型欧姆电极，所述n型GaN衬底上引出的n型欧姆电极。优选的，所述n型GaN衬底厚度为300μm，所述AlInGaN四元合金吸收层厚度为50nm，所述p型NiO层厚度为200～300nm。优选的，所述p型欧姆电极为Ti/Au/Ni的三层合金，每一层的厚度均为20nm，p型欧姆电极总厚度为60nm。优选的，所述n型欧姆电极为Ti/Al/Ni/Au的四层合金，每一层的厚度均为15nm，n型欧姆电极总厚度为60nm。本技术所提供的技术方案的优点在于：采用了AlInGaN四元合金材料作为吸收层，因此能有效降低探测器的暗电流，从而有助于提高紫外光电探测器的灵敏度和响应度。同时采用了禁带宽度更大的NiO作为p型层，极大地减小了与n型GaN衬底之间的晶格失配，能够使得外延层的晶体质量得到显著改善，从而有效地提高紫外光电探测器的综合性能。附图说明图1为本技术结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步说明，但不作为对本技术的限定。如图1所示，本实施例所涉及的PIN结构紫外光电探测器，其外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底1、AlInGaN四元合金吸收层2和p型NiO层3，p型NiO层上引出的p型欧姆电极4，n型GaN衬底1上引出的n型欧姆电极5。n型GaN衬底1利用Si进行掺杂，其中Si的掺杂浓度为1×1019cm-3，厚度为300μm，晶向为C轴(0001)方向，并且表现为氮极性面。p型NiO层3采用Cu进行掺杂，其中空穴掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为200nm。AlInGaN四元合金吸收层2采用的是超晶格的重复周期数为10的i型Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N超晶格材料，每一个亚层中的Al组分保持不变，x1＝0.48，x2＝0.15，y1＝0.1，y2＝0.03。p型欧姆电极4为Ti/Au/Ni的三层合金，每一层的厚度均为20nm，p型欧姆电极4总厚度为60nm，电极尺寸为0.5×0.5mm2，蒸镀后在680℃的N2环境下退火3分钟。n型欧姆电极5为Ti/Al/Ni/Au的四层合金，每一层的厚度均为15nm，n型欧姆电极5总厚度为60nm。电极尺寸为0.5×0.5mm2，蒸镀后在900℃的N2环境下退火3分钟。本技术的另一个实施例的PIN结构紫外光电探测器，其外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底1、AlInGaN四元合金吸收层2和p型NiO层3，p型NiO层上引出的p型欧姆电极4，n型GaN衬底1上引出的n型欧姆电极5。n型GaN衬底1利用Si进行掺杂，其中Si的掺杂浓度为1×1019cm-3，厚度为300μm，晶向为C轴(0001)方向，并且表现为氮极性面。p型NiO层3采用K进行掺杂，其中空穴掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为200nm。AlInGaN四元合金吸收层2采用的是超晶格的重复周期数为8的i型Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N超晶格材料，每一个亚层中的Al组分保持不变，x1＝0.48，x2＝0.24，y1＝0.1，y2＝0.05。p型欧姆电极4为Al/Au的双层合金，每一层的厚度均为30nm，p型欧姆电极4总厚度为60nm，电极尺寸为0.5×0.5mm2，蒸镀后在650℃的N2环境下退火2分钟。n型欧姆电极5为Ni/Au的双层合金，每一层的厚度均为30nm，n型欧姆电极5总厚度为60nm。电极尺寸为0.5×0.5mm2，蒸镀后在900℃的N2环境下退火3分钟。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PIN结构紫外光电探测器，包括外延层，其特征在于，所述外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底、AlInGaN四元合金吸收层和p型NiO层，所述p型NiO层上引出的p型欧姆电极，所述n型GaN衬底上引出的n型欧姆电极。

【技术特征摘要】
1.一种PIN结构紫外光电探测器，包括外延层，其特征在于，所述外延层包括由下至上依次设置的n型GaN衬底、AlInGaN四元合金吸收层和p型NiO层，所述p型NiO层上引出的p型欧姆电极，所述n型GaN衬底上引出的n型欧姆电极。2.根据权利要求1所述的PIN结构紫外光电探测器，其特征在于，所述n型GaN衬底厚度为300μm，所述AlInGaN四元合金吸收层厚度为50nm，所述p...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书昶，郭文化，况亚伟，李中国，张惠国，邢进华，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32