双工作模式的4H‑SiC紫外光电探测器及其制备方法，涉及半导体光电探测器件。探测器设有N
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电探测器件，具体是涉及一种探测波长为200?400nm的。
技术介绍
紫外光电探测器可广泛应用于军事和民用等领域，在军事方面可用于导弹预警、火箭发射、飞行器制导等方面，在民用方面可用于生物医药的分析、火灾报警、太阳光紫外线强度测定等方面，因此其具有广阔的应用前景，是光电探测领域的前沿研究方向之一。4H-SiC是第三代宽带隙半导体的核心材料之一，具有高临界击穿电场、高饱和电子速度、高电子迀移率和高热导率等优点，成为制备高性能紫外光电探测器的热门材料。另外，4H_SiC材料的空穴和电子的离化系数比高达50，这使得4H-SiC材料很适合做雪崩光电探测器(APD)，具有较小的倍增噪声。目前，国内外的单位研究的4H-SiC紫外光电探测器主要是两种结构，PIN和分离吸收层与倍增层(SAM)。PIN结构的SiC紫外光电探测器一般应用于光信号的高速简易探测，具有响应速度快、暗电流低和功耗低等优点，这是由于I层具有较低的掺杂深度，使得器件在低工作电压或者零偏压下工作时便完全耗尽；但是其雪崩击穿电压很高，器件功耗大，且没有内部增益，无法稳定地工作在雪崩击穿电压状态。SAM结构的SiC APD 一般应用于紫外微弱信号和单光子信号的检测，在穿通状态下吸收层与倍增层的分离可以降低器件的击穿电压，具有雪崩噪声小、内部增益大等优点；但是其倍增层掺杂浓度比较高，造成暗电流较大，且在低电压工作状态，器件的有源区不能完全耗尽，造成光谱响应低、紫外/可见抑制比低，性能远低于PIN光电探测器。PIN结构和SAM结构的光电探测器是为满足紫外探测应用过程中不同探测要求而设计的两种结构。因此，设计一种新型结构的光电探测器，即在一种结构的器件上实现PIN紫外光电探测器和SAM结构APD两种器件的探测要求，使其在低电压工作状态和雪崩击穿电压工作状态分别具有PIN结构和SAM结构的特性或比之更好的特性，对紫外光电探测器的实际应用有重要意义。本申请人在中国专利CN201032635中公开一种PIN结构4H — SiC紫外光电探测器，设有n+型衬底，在η +型衬底上依次外延生长η型层、η _型层和ρ+型层，η +型衬底背面为η型欧姆接触电极，采用干法刻蚀工艺刻蚀一高度从表面ρ+型层到达η型层的器件隔离台阶，隔离台阶和ρ+型层表面覆盖氧化层，在Ρ +型层表面的Ρ型接触电极窗口处沉积Ρ型欧姆接触电极，Ρ型欧姆接触电极上一角覆盖金属Ti/Au层作为焊盘，覆盖氧化层的台面为器件的光敏面。本申请人在中国专利CN101030609公开一种δ掺杂4Η — SiC雪崩紫外光电探测器及其制备方法，δ掺杂4Η — SiC雪崩紫外光电探测器呈台面结构，设有η+型4Η — SiC衬底，在衬底上从下至上依次外延生长n+型缓冲层、超低掺杂η _型层、δ掺杂η型层、低掺杂η_型层和高掺杂ρ+型层，超低掺杂η _型层、δ掺杂η型层和低掺杂η_型层共同构成有源层；设有至少3个台面，其中最下面的台面用于器件隔离并位于η+型缓冲层，其它台面全部位于器件有源层上；器件表面设有致密的氧化硅钝化膜，设ρ型和η型电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的紫外光电探测器存在的上述缺陷，提供一种可满足不同电压工作状态的，探测波长为200?400nm的双工作模式的4H_SiC紫外光电探测器及其制备方法。本专利技术所述双工作模式的4H-SiC紫外光电探测器设有N+型4H-SiC衬底，在N+型4H-SiC衬底上依次设有第一 N型外延吸收层和第二 N型外延倍增层；从第二 N型外延倍增层至第一 N型外延吸收层表面刻蚀一高度，使得第二 N型外延倍增层为圆台；在第二 N型外延倍增层和第一 N型外延吸收层表面形成P +型欧姆接触层，形成Ρ +N和P+N两个PN结；在P+型欧姆接触层的表面生长二氧化硅层作为器件的钝化层；在钝化层上设有P型电极窗口，在P型电极窗口和N+型4H-SiC衬底背面分别溅射P电极和N电极。所述第一 N型外延吸收层的厚度可为1.0 μπι，第二 Ν型外延倍增层的厚度可为0.3 μ m0所述圆台的斜面和水平面的夹角< 10°，所述圆台的下底面直径可为4?6 μπι，所述圆台的斜面和水平面的夹角等于10°时，圆台的上底面直径可为0.6?2.6 μπι。所述Ρ+型欧姆接触层的厚度可为0.2 μ m。所述钝化层的厚度可为0.3 μπι。Ν+型4H-SiC衬底、第一 Ν型外延吸收层、第二 N型外延倍增层、P +型欧姆接触层的掺杂浓度分别可为 1.0X1019/cm3、lX1015/cm3、7.0X1017/cm3和 2.0X10 19/cm3。本专利技术所述双工作模式4H-SiC紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤:1)对生长好的外延片进行RCA标准清洗；2)倾斜台面的制备:使用光刻胶AZ4620在样品表面涂上一层厚的光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层，利用光刻胶和4H-SiC的刻蚀速率不同，采用ICP刻蚀，使得第二 N型层形成一倾斜圆台，且圆台的斜面和水平面的夹角为Θ，且角Θ <10° ;3) P+层的制备:采用高温离子注入方法在第二 N型外延层和第一 N-型层表面上形成一 P+型欧姆接触层。4)氧化层的制备:热氧化前做好RCA标准清洗，装片到氧化炉，第一次生长的氧化层做为牺牲层，具体是采用干氧、湿氧和干氧交替氧化；取出样品，放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀，去除第一次生长的氧化层，冲洗干净后将样品再次放进氧化炉进行第二次氧化，具体是采用干氧、湿氧、干氧和氮气氛围交替，热氧化后，取出样品放入PECVD的腔体中，用PECVD生长二氧化硅层，二氧化硅层作为器件的钝化层；5)电极的制备:用缓冲氢氟酸腐蚀窗口处的氧化层形成P型电极区，然后磁控溅射Ti/Al/Ti/Au作为P型接触电极，在样品的衬底背面溅射Ni/Au形成N型接触电极，两种电极同时在高温下退火，最后形成良好的欧姆接触。在步骤1)中，所述对生长好的外延片进行RCA标准清洗的方法可为:(1)用甲苯、丙酮和乙醇超声5min，重复2遍，再用去离子水冲洗干净；(2)用三号液于250°C下煮20min后，用热、冷去离子水冲洗；所述三号液按体积比的配比Sh2so4: H202= 4: 1;(3)将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF: H20 = 1: 20 ；(4)用一号液煮lOmin后，用热、冷去离子水冲洗；所述一号液按体积比的配比NH3.H20: H202: Η 20 = 1: 1: 4 ；(5)将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min，再用热、冷去离子水冲洗；(6)用二号液煮lOmin后，用热、冷去离子水冲洗，然后用氮气吹干待用；所述二号液按体积比的配比为HC1: H202: H20 = 1: 1: 4。本专利技术的主要工作原理是:在器件两端加上一反向偏置电压，将会在P+N结和P+N结处形成两个空间耗尽层。由于N层的掺杂浓度很低，当反向电压略大于或等于0V时，P+N空间耗尽层的厚度便和N层的厚度一样，即N层已经处于穿通状态。此时该探测器的工作状态和PIN紫外光电探测器的工作状态类似，即工作在当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
双工作模式的4H‑SiC紫外光电探测器，其特征在于设有N+型4H‑SiC衬底，在N+型4H‑SiC衬底上依次设有第一N‑型外延吸收层和第二N型外延倍增层；从第二N型外延倍增层至第一N‑型外延吸收层表面刻蚀一高度，使得第二N型外延倍增层为圆台；在第二N型外延倍增层和第一N‑型外延吸收层表面形成P+型欧姆接触层，形成P+N和P+N‑两个PN结；在P+型欧姆接触层的表面生长二氧化硅层作为器件的钝化层；在钝化层上设有P型电极窗口，在P型电极窗口和N+型4H‑SiC衬底背面分别溅射P电极和N电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：洪荣墩，张明昆，吴正云，蔡加法，陈厦平，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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