一种新型同质结PIN紫外探测器制造技术

技术编号:18499923 阅读:10 留言:0更新日期:2018-07-21 21:34
本发明专利技术涉及半导体光电子器件技术领域,具体涉及一种新型同质结PIN紫外探测器,包括衬底、缓冲层、N型欧姆接触层、吸收层、P型梯度掺杂层、N型欧姆接触电极、P型欧姆接触电极;所述缓冲层设置在衬底上;N型欧姆接触层设置在缓冲层上;吸收层和N型欧姆接触电极均设置在N型欧姆接触层上,所述N型欧姆接触电极为环形,且吸收层位于N型欧姆接触电极的环内;P型梯度掺杂层设置在吸收层上;P型欧姆接触电极设置在P型梯度掺杂层上,所述探测器的工作模式为光线从前端入射。本发明专利技术的优点在于:通过P型梯度掺杂层来调节电场分布,从而提高P型梯度掺杂层光生载流子的收集效率,进而提高探测器的光谱响应率。

A new type of homogenous junction PIN ultraviolet detector

The invention relates to the field of semiconductor optoelectronic devices, in particular to a new homogenous PIN UV detector, including substrate, buffer layer, N type ohm contact layer, absorption layer, P type gradient doped layer, N type ohm contact electrode, P type ohm contact electrode, and the buffer layer on the substrate and N ohm contact layer. The absorption layer and N type ohm contact electrode are set on the N type ohm contact layer, the N type ohm contact electrode is ring, and the absorption layer is located in the ring of the N type ohm contact electrode; the P type gradient doping layer is set on the absorption layer; the P type ohm contact electrode is set on the P gradient doping layer, the detector is described. The mode of work is the incidence of light from the front end. The advantage of the invention is that the distribution of the electric field is adjusted by the P type gradient doping layer, thus the collection efficiency of the photogenerated carrier of the P type gradient doped layer is improved, and the spectral response rate of the detector is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种新型同质结PIN紫外探测器
本专利技术涉及半导体光电子器件
,具体涉及一种新型同质结PIN紫外探测器。
技术介绍
紫外探测技术在导弹预警、精确制导、紫外保密通信、生化分析、明火探测、生物医药分析、海上油监、臭氧浓度监测、太阳指数监测等领域具有广泛的应用。随着宽禁带半导体技术的发展,尤其三五族氮化物材料技术的成熟,给全固态紫外探测器的发展带来了机遇。三五族氮化物材料GaN能够和AlN形成组分可调的三元系合金AlGaN,属于直接带隙半导体,可以通过调节化合物材料的铝组分来改变半导体材料的带隙,使的AlGaN探测器的本征截止波长能够从365nm连续变化到200nm。GaN基紫外探测器具有全固态,体积小,不受可见光的干扰等优点。GaN基PIN型结构紫外探测器由于量子效率高、暗电流低、响应速度快和能工作在光伏模式下等优点,受到了人们的关注。而常规GaN基PIN型结构紫外探测器,由于P型区对入射光的吸收会降低探测器的响应率,一般通过降低P型梯度掺杂层厚度或者采用异质外延更高Al组分的P型层来提高响应率。但降低P型梯度掺杂层厚度会增加欧姆电极的制备难度和增大暗电流,而采用异质外延技术又会带来界面极化问题和牺牲短波响应率的困扰。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于:提供一种既无需采用异质外延技术又不用改变P型梯度掺杂层厚度,而通过改变P型梯度掺杂层掺杂分布来改变器件内部电场分布来获得高响应率的紫外探测器。为解决上述技术问题,本专利技术所采取的技术方案是:一种新型同质结PIN紫外探测器,包括衬底、缓冲层、N型欧姆接触层、吸收层、P型梯度掺杂层、N型欧姆接触电极、P型欧姆接触电极;所述缓冲层设置在衬底上,缓冲层为低温外延的AlN材料;N型欧姆接触层设置在缓冲层上,N型欧姆接触层为高电子浓度的N型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;吸收层和N型欧姆接触电极均设置在N型欧姆接触层上,所述N型欧姆接触电极为环形,且吸收层位于N型欧姆接触电极的环内,吸收层为非故意掺杂的弱N型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;P型梯度掺杂层设置在吸收层上,P型梯度掺杂层为P型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;P型欧姆接触电极设置在P型梯度掺杂层上,所述探测器的工作模式为光线从前端入射。优化的,所述衬底由纳米图形化蓝宝石材料制成。优化的,所述缓冲层的厚度为150nm-300nm。优化的,所述N型欧姆接触层的厚度为300nm-500nm,掺杂浓度大于1×1018cm-3。优化的,所述吸收层的厚度为300nm-500nm,其自由电子浓度为1×1016cm-3。优化的,所述P型梯度掺杂层厚度为70nm。优化的,所述P型梯度掺杂层为P型渐变掺杂,掺杂浓度沿外延方向高斯分布;中心峰值浓度在P型上表面,向P型与I型界面处按高斯分布逐渐减小,其峰值自由空穴浓度大于1×1018cm-3。优化的,所述缓冲层的厚度为150nm;所述N型欧姆接触层的厚度为300nm,为高电子浓度的N型GaN材料,掺杂浓度大于1×1018cm-3;所述吸收层的厚度为300nm,为非故意掺杂的弱N型GaN材料,其自由电子浓度为1×1016cm-3。优化的,所述缓冲层的厚度为200nm;所述N型欧姆接触层的厚度为400nm,为高电子浓度的N型Al0.17Ga0.83N材料,掺杂浓度大于1×1018cm-3;所述吸收层的厚度为400nm,为非故意掺杂的弱N型Al0.17Ga0.83N材料,其自由电子浓度为1×1016cm-3;所述P型梯度掺杂层厚度为70nm,为P型Al0.17Ga0.83N材料。优化的,所述缓冲层的厚度为300nm;所述N型欧姆接触层的厚度为500nm,为高电子浓度的N型Al0.3Ga0.7N材料,掺杂浓度大于1×1018cm-3;所述吸收层的厚度为500nm,为非故意掺杂的弱N型Al0.3Ga0.7N材料,其自由电子浓度为1×1016cm-3;所述P型梯度掺杂层厚度为70nm,为P型Al0.3Ga0.7N材料。本专利技术的有益效果:通过P型梯度掺杂层来调节电场分布,从而提高P型梯度掺杂层光生载流子的收集效率,进而提高探测器的光谱响应率。附图说明图1为本专利技术实施例中新型同质结构PIN紫外探测器的结构示意图;图2为本专利技术实施例中新型同质结构PIN紫外探测器的掺杂分布;图3为本专利技术实施例中新型同质结构PIN紫外探测器的光谱响应与传统结构PIN紫外探测器的光谱响应的比较示意图。其中,衬底-1、缓冲层-2、N型欧姆接触层-3、吸收层-4、P型梯度掺杂层-5、N型欧姆接触电极-6、P型欧姆接触电极-7。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。实施例一:如图1所示,一种新型同质结PIN紫外探测器,包括衬底1、缓冲层2、N型欧姆接触层3、吸收层4、P型梯度掺杂层5、N型欧姆接触电极6、P型欧姆接触电极7;所述缓冲层2设置在衬底1上,缓冲层2为低温外延的AlN材料;N型欧姆接触层3设置在缓冲层2上,N型欧姆接触层3为高电子浓度的N型GaN材料;吸收层4和N型欧姆接触电极6均设置在N型欧姆接触层3上,所述N型欧姆接触电极6为环形,且吸收层4位于N型欧姆接触电极6的环内,吸收层4为非故意掺杂的弱N型GaN材料;P型梯度掺杂层5设置在吸收层4上,P型梯度掺杂层5为P型GaN材料;P型欧姆接触电极7设置在P型梯度掺杂层5上,所述探测器的工作模式为光线从前端入射。所述衬底1由纳米图形化蓝宝石材料制成。所述缓冲层2的厚度为150nm。所述N型欧姆接触层3的厚度为300nm,掺杂浓度大于1×1018cm-3。所述吸收层4的厚度为300nm,其自由电子浓度为1×1016cm-3。所述P型梯度掺杂层5厚度为70nm。所述P型梯度掺杂层5为P型渐变掺杂,掺杂浓度沿外延方向高斯分布;中心峰值浓度在P型上表面,向P型与I型界面处按高斯分布逐渐减小,其峰值自由空穴浓度大于1×1018cm-3。探测器的工作模式为光线从前端入射。如图2所示为沿外延方向的掺杂浓度分布。如图3所示为本专利技术一种新型同质结PIN紫外探测器的光谱响应同传统PIN紫外探测器的比较结果,可以看出在整个光谱响应范围内,如图2所示掺杂分布的新型同质结PIN紫外探测器具有更大光谱响应值。实施例二:本实施例与实施例一的区别在于:所述缓冲层2为低温外延的AlN材料,厚度为200nm。所述N型欧姆接触层3的厚度为400nm,为高电子浓度的N型Al0.17Ga0.83N材料,掺杂浓度大于1×1018cm-3。所述吸收层4的厚度为400nm,为非故意掺杂的弱N型Al0.17Ga0.83N材料,其自由电子浓度为1×1016cm-3。所述P型梯度掺杂层5厚度为70nm,为P型Al0.17Ga0.83N材料。实施例三:本实施例与实施例一、二的区别在于:所述缓冲层2为低温外延的AlN材料,厚度为300nm。所述N型欧姆接触层3的厚度为500nm,为高电子浓度的N型Al0.3Ga0.7N材料,掺杂浓度大于1×1018cm-3。所述吸收层4的厚度为500nm,为非故意掺杂的弱N型Al0.3Ga0.7N材料,其自由电子浓度为1×1016cm-3。所述P型梯度掺杂层5厚度为70nm,为P型Al0.3Ga0.7N材料。本专利技术探测器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型欧姆接触层(3)、吸收层(4)、P型梯度掺杂层(5)、N型欧姆接触电极(6)、P型欧姆接触电极(7);所述缓冲层(2)设置在衬底(1)上,缓冲层(2)为低温外延的AlN材料;N型欧姆接触层(3)设置在缓冲层(2)上,N型欧姆接触层(3)为高电子浓度的N型AlxGa1‑xN材料,其中0≤x≤0.3;吸收层(4)和N型欧姆接触电极(6)均设置在N型欧姆接触层(3)上,所述N型欧姆接触电极(6)为环形,且吸收层(4)位于N型欧姆接触电极(6)的环内,吸收层(4)为非故意掺杂的弱N型AlxGa1‑xN材料,其中0≤x≤0.3;P型梯度掺杂层(5)设置在吸收层(4)上,P型梯度掺杂层(5)为P型AlxGa1‑xN材料,其中0≤x≤0.3;P型欧姆接触电极(7)设置在P型梯度掺杂层(5)上;所述探测器的工作模式为光线从前端入射。

【技术特征摘要】
1.一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型欧姆接触层(3)、吸收层(4)、P型梯度掺杂层(5)、N型欧姆接触电极(6)、P型欧姆接触电极(7);所述缓冲层(2)设置在衬底(1)上,缓冲层(2)为低温外延的AlN材料;N型欧姆接触层(3)设置在缓冲层(2)上,N型欧姆接触层(3)为高电子浓度的N型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;吸收层(4)和N型欧姆接触电极(6)均设置在N型欧姆接触层(3)上,所述N型欧姆接触电极(6)为环形,且吸收层(4)位于N型欧姆接触电极(6)的环内,吸收层(4)为非故意掺杂的弱N型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;P型梯度掺杂层(5)设置在吸收层(4)上,P型梯度掺杂层(5)为P型AlxGa1-xN材料,其中0≤x≤0.3;P型欧姆接触电极(7)设置在P型梯度掺杂层(5)上;所述探测器的工作模式为光线从前端入射。2.根据权利要求1所述的一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:所述衬底(1)由纳米图形化蓝宝石材料制成。3.根据权利要求1所述的一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:所述缓冲层(2)的厚度为150nm-300nm。4.根据权利要求1所述的一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:所述N型欧姆接触层(3)的厚度为300nm-500nm,掺杂浓度大于1×1018cm-3。5.根据权利要求1所述的一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:所述吸收层(4)的厚度为300nm-500nm,其自由电子浓度为1×1016cm-3。6.根据权利要求1所述的一种新型同质结PIN紫外探测器,其特征在于:所述P型梯度掺杂层(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员:王俊郭进何来胜胡洋王国胜
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第三十八研究所
类型:发明
国别省市:安徽,34

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1