AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其结构从下至上依次包括：一维光子晶体层、AlN/蓝宝石模板层、i型AlxGa1-xN层、n型AlxGa1-xN层、i型Aly1Ga1-y1N层、n型AlyGa1-yN组分渐变层、i型Aly2Ga1-y2N层、p型GaN层，在n型AlxGa1-xN层上引出n型欧姆电极，在p型GaN层上引出p型欧姆电极，所述x满足0.5≤x≤1，所述y1满足0.4≤y1＜1，所述y2满足0.1≤y2＜0.5，所述y1与y2满足y2＜y1＜x，所述组分y沿自下而上方向逐渐降低，且满足y2≤y≤y1。还公开了其制备方法。本发明专利技术设计的SAM结构AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器，一维光子晶体层中带有周期的抗反射涂层，可以降低日盲紫外雪崩光电探测器日盲区的光反射，提高探测器的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及光电子器件领域，具体涉及一种AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器及其制备方法。
技术介绍
在电磁波谱中，波长在200nm～400nm范围内的辐射称为紫外辐射，太阳光是最强的紫外辐射光源，可是，由于大气中臭氧层和其它大气气体的吸收和散射作用，波长小于280nm的紫外辐射几乎不能到达地面，因此波长在200nm到280n波段的紫外光线被称为日盲区。日盲区紫外信号具有背景干扰小、目标信号容易检测、不容易产生虚假警报等优点，在科学和军事领域有广泛的应用。Ⅲ族氮化物是宽禁带直接带隙半导体材料，具有良好的导热性能，高电子饱和速度，物理化学性能稳定等优点，是近年来国内外重点研究的新型半导体材料，在高电子迁移率晶体管、高亮度发光二极管、高功率激光器及高灵敏度日盲或可见光盲光电探测器等方面有着广泛的应用前景。Al组分超过40％的AlGaN探测器为固体探测器，体积小、功耗低、且具有天然的日盲紫外探测性能，能够克服光电倍增管和硅基探测器的不利因素。但是，要想取代PMT管成为市场的主导，AlGaN基日盲紫外探测器必须具有更高的内部增益因子，更低的暗电流和更高的响应速度。目前，光电导增益机制和雪崩倍增机制被用来提高探测器的倍增因子，利用光电导增益机制的探测器暗电流大，光电响应速度慢，噪声大，而利用雪崩倍增机制的日盲AlGaN基的雪崩光电二极管(APD)，由于其高的内部增益和光谱响应速度，成为替代传统光电倍增管(PMT)的最佳候选者。2013年，我们利用低Al组分的i型AlzGa1-zN倍增层作为空穴的主要离化区，高Al组分的i型AlyGa1-yN倍增层作为空穴初始加速区，设计了一种倍增层为异质结构的增强型AlGaN日盲雪崩光电二极管及其制备方法[参见专利，高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法，申请号：CN201310367175.1]，该探测器在截止波长附近有较高的响应度，但其截止吸收边不够陡峭。光子晶体作为具备广阔应用前景的新型光电功能材料，受到越来越广泛的关注，完全光子禁带是光子晶体的主要特性之一，对于具有完全光子禁带的光子晶体而言，处于完全禁带频率范围的光波都不能在光子晶体中进行传播，即处于光子晶体禁带范围的光子频率以内都无法在光子晶体中存在。许多新型光学器件采用了光子晶体的这一特性，光子晶体滤波器就是其中的研究热点之一，但光子晶体滤波具有通过率低的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术利用一维光子晶体层中带周期的抗反射涂层，通过降低日盲探测器日盲区的光反射，设计了一种具有高通过率的SAM结构AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器，一维光子晶体层、AlN/蓝宝石模板层、i型AlxGa1-xN层、n型AlxGa1-xN层、i型Aly1Ga1-y1N层、n型AlyGa1-yN组分渐变层、i型Aly2Ga1-y2N层、p型GaN层，在n型AlxGa1-xN层上引出n型欧姆电极，在p型GaN层上引出p型欧姆电极，所述x满足0.5≤x≤1，所述y1满足0.4≤y1＜1，所述y2满足0.1≤y2＜0.5，所述y1与y2满足y2＜y1＜x，所述组分y沿自下而上方向逐渐降低，且满足y2≤y≤y1。进一步的，所述一维光子晶体层拥有19个周期性结构，每一个周期性结构包括SiO2层、Si3N4层、SiO2层，19个周期性结构包括周期层和抗反射涂层，自下而上一维光子晶体层表示为n个抗反射涂层a*[L/2HL/2]、m个周期层[L/2HL/2]、1个抗反射涂层b*[L/2HL/2]，a＝1.04，b＝1.35，n和m代表周期数，1≤n，m＜18，且满足n+m＝18，L代表SiO2层材料厚度λ/4/1.46，H代表Si3N4层材料厚度λ/4/2.01，其中λ满足[1240/(3.4+2.8y1)+30]nm＜λ＜[1240/(3.4+2.8y1)+40]nm。进一步的，所述AlN/蓝宝石模板层为蓝宝石衬底上生长的AlN层，AlN层厚度为20～50nm，蓝宝石衬底厚度为600～1000nm。进一步的，所述i型AlxGa1-xN层厚度为150～250nm。进一步的，所述n型AlxGa1-xN层厚度为200～400nm。进一步的，所述i型Aly1Ga1-y1N层厚度为100～200nm。进一步的，所述i型Aly2Ga1-y2N层厚度为100～200nm。进一步的，所述p型GaN层厚度为100～200nm。进一步的，所述n型欧姆电极为Ti/Al/Ni/Au合金电极，p型欧姆电极为Ni/Au合金电极。本专利技术还提供了上述AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器的制备方法，其步骤包括：(1)将AlN/蓝宝石模板层在NH3气氛下表面氮化；(2)在AlN/蓝宝石模板层的蓝宝石表面生长一维光子晶体层，依次是1周期的抗反射涂层[b*(L/2HL/2)]、m周期的周期层[(L/2HL/2)]、n周期的抗反射涂层[a*(L/2HL/2)]；(3)在AlN/蓝宝石模板层的AlN表面生长一层i型AlxGa1-xN层；(4)在AlxGa1-xN层上生长一层n型AlxGa1-xN层；(5)在n型AlxGa1-xN层上生长一层i型Aly1Ga1-y1N层；(6)在i型Aly1Ga1-y1N层上生长一层n型AlyGa1-yN组分渐变层；(7)在n型AlyGa1-yN组分渐变层上生长一层i型Aly2Ga1-y2N层；(8)在i型Aly2Ga1-y2N层上生长一层P型GaN层；(9)在p型GaN层上进行台面刻蚀，露出n型AlxGa1-xN层，对刻蚀后的样品表面进行净化处理；(10)在n型AlxGa1-xN层台面上蒸镀n型欧姆电极，蒸镀后退火；(11)在p型GaN层上蒸镀p型欧姆电极，蒸镀后退火。有益效果：本专利技术设计的SAM结构背入射AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，通过在AlN/蓝宝石模板层上设计一维光子晶体层，一维光子晶体层与其下的空气层以及其上的蓝宝石衬底层组成了抗反射器件，降低了280～350nm区间紫外光的透过率，从而进一步降低了探测器在280nm以上紫外光的响应度；在此基础上，改变一维光子晶体层中两端周期层的厚度，使其成为抗反射涂层，可以进一步提高低波段的紫外光透射率，这是本发明的特别创新之处，在实施例1中，带有3周期抗反射涂层在275nm附近的紫外光反射率低于5％(与之对应的不带抗反射涂层的反射率在60％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其结构从下至上依次为：一维光子晶体层、AlN/蓝宝石模板层、i型AlxGa1‑xN层、n型AlxGa1‑xN层、i型Aly1Ga1‑y1N层、n型AlyGa1‑yN组分渐变层、i型Aly2Ga1‑y2N层、p型GaN层，在n型AlxGa1‑xN层上引出n型欧姆电极，在p型GaN层上引出p型欧姆电极，所述x满足0.5≤x≤1，所述y1满足0.4≤y1＜1，所述y2满足0.1≤y2＜0.5，所述y1与y2满足y2＜y1＜x，所述组分y沿自下而上方向逐渐降低，且满足y2≤y≤y1。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其结构从下至上依次为：一维光子晶体
层、AlN/蓝宝石模板层、i型AlxGa1-xN层、n型AlxGa1-xN层、i型Aly1Ga1-y1N层、n型
AlyGa1-yN组分渐变层、i型Aly2Ga1-y2N层、p型GaN层，在n型AlxGa1-xN层上引出n型
欧姆电极，在p型GaN层上引出p型欧姆电极，所述x满足0.5≤x≤1，所述y1满足0.4≤y1
＜1，所述y2满足0.1≤y2＜0.5，所述y1与y2满足y2＜y1＜x，所述组分y沿自下而上方
向逐渐降低，且满足y2≤y≤y1。
2.根据权利要求1所述的AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其特征在于：所述一
维光子晶体层拥有19个周期性结构，每一个周期性结构包括SiO2层、Si3N4层、SiO2层，
19个周期性结构包括周期层和抗反射涂层，自下而上一维光子晶体层表示为n个抗反射涂
层a*[L/2HL/2]、m个周期层[L/2HL/2]、1个抗反射涂层b*[L/2HL/2]，a＝1.04，
b＝1.35，n和m代表周期数，1≤n，m＜18，且满足n+m＝18，L代表SiO2层材料厚度λ/4/1.46，
H代表Si3N4层材料厚度λ/4/2.01，其中λ满足[1240/(3.4+2.8y1)+30]nm＜λ＜
[1240/(3.4+2.8y1)+40]nm。
3.根据权利要求1或2所述的AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其特征在于：所
述AlN/蓝宝石模板层为蓝宝石衬底层上生长AlN层，AlN层厚度为20～50nm，蓝宝石衬底
层厚度为600～1000nm。
4.根据权利要求1或2所述的AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其特征在于：所
述i型AlxGa1-xN层厚度为150～250nm。
5.根据权利要求1或2所述的AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器，其特征在于：所
述n型AlxGa1-xN层厚度为200～400...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敦军，董可秀，张荣，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32