一种变掺杂变组分AlGaAsGaAs核辐射探测器制造技术

本实用新型专利技术公开一种变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，该探测器结构为PIN结构，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术顺序生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层和p型GaAs欧姆接触帽层；在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料上沉积SiO2钝化层，在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料及衬底上利用电子束蒸发技术分别形成p型和n型电极层；对形成的电极进行退火处理。本实用新型专利技术的优点在于：使得P区和N区内部产生内建电场，驱动产生的电子、空穴分别向两端定向运动，增加收集效率，提高探测器的灵敏度以及探测效率。该探测器可用于α射线和X射线等高能射线的探测。

A variable doping variable component AlGaAsGaAs nuclear radiation detector

The utility model discloses a variable variable doping component AlGaAs/GaAs nuclear radiation detector, the detector structure for the PIN structure, using n GaAs as the substrate layer, using metal organic chemical vapor deposition growth order of varied doping variable components of N type AlGaAs N layer, I layer, GaAs intrinsic variable variable doping component P type AlGaAs P layer and the P type GaAs ohmic contact cap layer on GaAs substrate layer; deposition of SiO2 passivation layer in varied doping variable components of AlGaAs/GaAs material, using electron beam evaporation technique in doped AlGaAs/GaAs materials and variable components are formed on the substrate of P type and N type electrode layer on the formation; the electrode annealing. The utility model has the advantages that: the internal P and N regions have built-in electric field, the electrons and holes were driven to the ends of the directional movement, increase the collection efficiency, improve the sensitivity of the detector and detection efficiency. The detector can be used for the detection of high-energy rays such as alpha rays and X rays.

【技术实现步骤摘要】
一种变掺杂变组分AlGaAsGaAs核辐射探测器
本技术涉及核辐射探测器件
，具体涉及一种变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器。
技术介绍
核辐射探测器是一种对X、γ、α和β等核辐射信号进行探测的器件。与气体、闪烁体探测器比较，半导体核辐射探测器在能量分辨、响应速度和空间分辨等方面具有一定的优势，但作为一种新型的探测技术，为了发挥其探测性能，有研究人员开展了相关研究，制备了多种GaAs核辐射探测器。2010年，美国陆军研究实验室制备了基于SIGaAs材料的X射线探测器。2012年，俄罗斯国家科学院使用外延生长的方法制备了GaAs材料的肖特基粒子探测器。2014年，莱斯特大学制备了GaAs材料的面垒型结构光电二极管测量X及γ射线。但上述探测器在一定程度上都存在漏电流较大和载流子收集效率较低的问题。为了解决上述问题，可以在器件的P区和N区采用变掺杂和变组分结构，使有源区厚度和内建电场增大，从而提高载流子收集效率，降低漏电流。这种具有内建电场作用下高收集效率变带隙AlGaAs/GaAs核辐射探测器件，在核辐射探测领域具有很好的应用前景。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种变掺杂变组分的AlGaAs/GaAs核辐射探测器，以解决上述
技术介绍
中的不足。本技术的技术方案为：一种变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，该探测器结构为PIN结构，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术顺序生长变掺杂变组分n型AlGaAsN层、本征GaAsI层、变掺杂变组分p型AlGaAsP层和p型GaAs欧姆接触帽层；而后利用等离子体增强化学气相沉积技术在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料上沉积SiO2钝化层，并在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料及衬底上利用电子束蒸发技术分别形成p型和n型电极层；最后对形成的电极进行退火处理。变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，其半导体材料生长步骤：1）选取n型GaAs材料做衬底，要求其位错密度低于103cm-2，并且均匀性好，晶向朝（100）面偏3º切割，n型掺杂浓度为(0.5～2)×1018cm-3；2）在步骤1）中获得的n型GaAs衬底层上，外延生长变掺杂变组分AlGaAs/GaAsPIN结构中的N层，N层厚度为4～8μm，从衬底往外生长时，n型掺杂浓度由(0.5～5)×1018cm-3按指数递减至(0.5～5)×1016cm-3，Al组分由0.2～0.5线性递减至0；3）在步骤2）中获得的AlGaAs/GaAs的N层上生长厚度为1～5μm的本征GaAs层作为PIN结构中的I层；4）在步骤3）中获得的本征GaAsI层上外延生长PIN结构中的P层，P层的厚度为4～12μm，从I层往外生长时，p型掺杂浓度由(0.5～5)×1016cm-3按指数递增至(0.5～5)×1018cm-3，Al组分由0线性递增至0.2～0.5；5）在步骤4）中获得的AlGaAs/GaAs的P层上生长厚度为50～200nm的p型GaAs欧姆接触帽层，其掺杂浓度为(0.2～1)×1019cm-3。所述的SiO2钝化层，厚度为100～800nm。所述的p型电极层，采用Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，其中Ti的厚度为40～60nm，Pt的厚度为40～60nm，Au的厚度为180～220nm；沉积金属后进行退火处理，退火温度为350～450℃，退火时间为50～70s。所述的n型电极层，采用AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，其中AuGe的厚度为80～120nm，Ni的厚度为20～40nm，Au的厚度为180～220nm；沉积金属后进行退火处理，退火温度为350～400℃，退火时间为10～20s。所述的利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积SiO2钝化层，其反应参数为：反应室气压2000mTorr，并通入SiH4、N2O和N2气体，流量分别为4SCCM、710SCCM和180SCCM，GaAs衬底温度350℃，沉积时间6～30min。本专利技术的优点在于：本专利技术中核辐射探测器采用变掺杂变组分AlGaAs/GaAs结构，从而使得P区和N区内部产生内建电场。内建电场会驱动产生的电子、空穴分别向两端定向运动，这会增加收集效率，从而提高探测器的灵敏度以及探测效率。本专利技术中核辐射探测器的P区和N区由于有内建电场的存在，工作时可以降低反偏电压的大小，甚至可以在零偏压下工作，这有利于器件漏电流的减小。附图说明图1为本技术结构示意图。图中，1-衬底层，2-N层，3-I层，4-P层，5-欧姆接触帽层，6-SiO2钝化层，7-p型电极层，8-n型电极层。具体实施方式为了加深对本技术的理解，下面将结合实施例对本技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本技术的保护范围的限定。变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器制备方法具体步骤如下：首先，准备n型掺杂浓度为1×1018cm-3的GaAs衬底基材作为GaAs衬底层1，衬底要求均匀性好，位错密度低于103cm-2，晶向朝（100）面偏3º切割；采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长厚度为6μm、n型掺杂浓度从1×1018cm-3按指数递减到1×1016cm-3、Al组分含量从0.4线性下降至0的AlGaAs层为PIN结构中的N层2；然后生长厚度为1μm的GaAs作为I层3；再生长厚度为10μm、p型掺杂浓度从1×1016cm-3按指数递增到5×1018cm-3、Al组分含量从0线性上升至0.4的变带隙AlGaAs层为PIN结构中的P层4；最后生长一层厚度为100nm、掺杂浓度为5×1018cm-3的GaAs层作为欧姆接触帽层5。金属有机物化学气相沉积技术中采用金属有机物三甲基镓和三甲基铝作为III族源，砷烷为V族源，二乙基锌为掺杂源，高纯H2作为载气，生长过程中V/III束流比保持在12，生长温度为670℃。利用等离子体增强化学气相沉积技术在欧姆接触帽层5上沉积一层厚度为100nm的SiO2钝化层6，设定反应室气压2000mTorr，并通入SiH4、N2O和N2气体，流量分别为4SCCM、710SCCM和180SCCM，衬底温度350℃；然后利用匀胶机在SiO2钝化层6上旋涂一层厚度为1.2μm的AZ6112光刻胶，并将涂有光刻胶的样品材料放入烘烤机中，升温到100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光2.5s，并选用JZ3038正胶显影液进行显影15s，清洗显影液，吹干形成含有核辐射探测器的光刻掩模图像。通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层6，设定反应室气压1850mTorr、射频功率200W，通入SF6、CHF3和He气体，流量分别为5.5CCM、32CCM和150SCCM，刻蚀2min，刻蚀完后取出；再将顶部含有光刻胶和SiO2钝化层6的AlGaAs/GaAs材料用丙酮、异丙醇、去离子水各超声清洗3min。通过电子束蒸发技术，在获得的探测器图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层7，其中Ti的厚度为50nm，Pt的厚度为50nm，Au的厚度为200nm；沉积金属后进行p型欧姆接触进行退火，退火温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，其特征在于：该探测器结构为PIN结构，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术顺序生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层和p型GaAs欧姆接触帽层；而后利用等离子体增强化学气相沉积技术在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料上沉积SiO2钝化层，并在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料及衬底上利用电子束蒸发技术分别形成p型和n型电极层；最后对形成的电极进行退火处理。

【技术特征摘要】
1.一种变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，其特征在于：该探测器结构为PIN结构，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术顺序生长变掺杂变组分n型AlGaAsN层、本征GaAsI层、变掺杂变组分p型AlGaAsP层和p型GaAs欧姆接触帽层；而后利用等离子体增强化学气相沉积技术在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料上沉积SiO2钝化层，并在变掺杂变组分AlGaAs/GaAs材料及衬底上利用电子束蒸发技术分别形成p型和n型电极层；最后对形成的电极进行退火处理。2.根据权利要求1所述变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，其特征在于：所述的变掺杂变组分n型AlGaAsN层厚度为4～8μm，n型掺杂浓度由0.5～5×1018cm-3按指数递减至0.5～5×1016cm-3，Al组分由0.2～0.5线性递减至0。3.根据权利要求1所述变掺杂变组分AlGaAs/GaAs核辐射探测器，其特征在于：所述的本征GaAsI层厚度为1～5μm。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹继军，汤彬，王盛茂，朱志甫，邓文娟，彭新村，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：新型
国别省市：江西,36