一种紫外雪崩探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外雪崩探测器及其制备方法，该探测器为nipip结构，自衬底从下向上依次包括：p型层、i型光敏吸收层、p型过渡层、i型雪崩层、n型层；所述n型层上设置有n型欧姆电极，所述p型层上设置有p型欧姆电极；所述p型层为接收入射光的结构层所述衬底为可透光的衬底。由于本发明专利技术提供一种新的nipip结构，将衬底设置为可透光材料，因此紫外光可以从背部入射，穿过衬底来进行探测工作。后续在进行集成时，探测器阵列与其上的读出电路通过铟柱连接时，并不影响紫外光的探测工作。

An ultraviolet avalanche detector and its preparation method

The invention discloses an ultraviolet avalanche detector and a preparation method thereof, the detector is a nipip structure, since the substrate from bottom to top include: P type I type photosensitive layer, absorbing layer, p layer, I type avalanche type layer, n layer; the N layer is arranged on the n the P type ohmic electrode layer is arranged on the P type ohmic electrode; the p layer is a structure layer receives the incident light of the substrate is a transparent substrate. The invention provides a new nipip structure, the substrate is set to transparent material, so the UV light incident from the back, through the substrate to detect work. In the subsequent integration, the detector array and its readout circuit are connected through the indium column, which does not affect the detection of ultraviolet light.

【技术实现步骤摘要】
一种紫外雪崩探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体探测技术，尤其涉及紫外雪崩探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外光主要源于太阳辐射，大气中臭氧分子对波长为200～280nm紫外光有强吸收作用，因此在地表附近该波段的紫外辐射近似为零，即“日盲”区。而波长为280～400nm的紫外辐射则透过大气后，在地表均匀分布，即“可见盲”区。紫外探测技术主要工作在200～400nm波段，在军事领域、科研领域和民用领域均发挥着较为重要的作用。比如，在军事领域可以应用于导弹尾焰探测和飞行制导；在科研领域主要应用于化学分析、生物分析和天文学研究等；在民用领域主要应用于光通信和电晕放电监测等方面。现有的紫外探测技术主要分为两类，一类是基于光阴极的真空光电倍增管(PMT)，另一类是基于半导体技术的全固态探测器。其中，PMT具有灵敏度高、噪声低的优点，但因其体积大、易碎且难以集成，使其发展受到限制。半导体探测器中发展较为成熟的硅(Si)基探测器，其灵敏度高、集成度高，但因其是窄禁带半导体，工作在紫外波段会在很大程度上衰减其使用寿命。近年来，随着对宽禁带半导体材料的研究，镓氮(GaN)基紫外探测器不断有了新的突破。比如，我们提出了一种GaN/AlN超晶格雪崩探测器(APD)，该结构提供了一种高灵敏的雪崩放大平台，具有高增益、低噪音等优点。图1是现有技术中一种紫外雪崩探测器的基本结构示意图。如图1所示，这种探测器可以为pipin结构，1区为p层，2区为i层，3区为p层，4区为i层，5区为n层。其中，1区和5区构成pn结，是半导体器件的一种基本结构。2区为吸收层，主要用于吸收能量高于其禁带宽度的光子的能量，从而产生电子空穴对。3区为过渡层，主要用于电场控制。4区为雪崩区，主要用于电子离化碰撞，达到雪崩的效果。实际应用中，紫外雪崩探测器还包括衬底、缓冲层和电极。当紫外雪崩探测器探测到紫外光时，会产生电流，并通过两端的电极将电信号传输出去，达到探测的目的。现有技术的紫外雪崩探测器虽然能成功地对紫外光进行探测，但很难在实际应用中与读出电路进行集成。如图2所示，紫外雪崩探测器阵列由若干如图1所示的探测器组成，并通过铟柱与读出电路(ROIC，ReadOutInlegratedCircuit)相连。问题在于，读出电路为硅基电路芯片，本身不透光。因此，当需要探测的紫外光正入射时，读出电路板会对其造成遮挡，从而无法进行正常的探测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种紫外雪崩探测器及其制备方法，在保证正常探测工作的情况下，还可以避免在集成时被读出电路板遮挡的问题。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种紫外雪崩探测器，其特征在于，该探测器为nipip结构，自衬底从下向上依次包括：p型层、i型光敏吸收层、p型过渡层、i型雪崩层、n型层；所述n型层上设置有n型欧姆电极，所述p型层上设置有p型欧姆电极；所述p型层为接收入射光的结构层；所述衬底为可透光的衬底。进一步地，所述p型层的材料为AlxGa1-xN，其中0≤x≤1；所述i型光敏吸收层的材料为AlyGa1-yN，其中0≤y≤1；所述p型过渡层的材料为AlzGa1-zN，其中0≤z≤1。所述n型层的材料为AlwGa1-wN，其中0≤w≤1。进一步地，所述i型雪崩层的材料包括AluGa1-uN和AltGa1-tN，0≤u≤1,0≤t≤1；所述AluGa1-uN和AltGa1-tN两种材料周期性交替设置，其中，所述AluGa1-uN为势阱层，位于一个周期的最下层，靠近所述p型过渡层；所述AltGa1-tN为势垒层，位于一个周期的最上层，靠近所述n型层；所述AluGa1-uN的禁带宽度小于AltGa1-tN的禁带宽度。进一步地，所述AluGa1-uN和AltGa1-tN之间还包括应力调节层AlvGa1-vN,其中，0≤u≤v≤t≤1；所述应力调节层AlvGa1-vN的禁带宽度小于所述AltGa1-tN的禁带宽度，且大于所述AluGa1-uN的禁带宽度。进一步地，所述应力调节层厚度为D(D>0)，应力调节层AlvGa1-vN中组分v为变量，u≤v≤t，该组分所在应力调节层中的位置距离当前周期下表面距离为d(0≤d≤D)，则d从0递增到D时，v从u增加到t，组分v随距离d的变化函数的一阶导数大于0。本专利技术还提供一种紫外雪崩探测器的制备方法，适用于上述探测器，该方法包括：在衬底基础上生长一层p型层；在所述p型层上生长一层i型光敏吸收层；在所述i型光敏吸收层上生长一层p型过渡层；在所述p型过渡层上生长一层i型雪崩层；在所述i型雪崩层上生长一层n型层；所述n型层上设置有n型欧姆电极，p型层上设置有p型欧姆电极；所述p型层为接收入射光的结构层；所述衬底为可透光的衬底。进一步地，所述p型层的材料为AlxGa1-xN，其中0≤x≤1；所述i型光敏吸收层的材料为AlyGa1-yN，其中0≤y≤1；所述p型过渡层的材料为AlzGa1-zN，其中0≤z≤1；所述n型层的材料为AlwGa1-wN，其中0≤w≤1。进一步地，所述i型雪崩层的材料包括AluGa1-uN和AltGa1-tN，0≤u≤1,0≤t≤1；所述AluGa1-uN和AltGa1-tN两种材料周期性交替设置，其中，所述AluGa1-uN为势阱层，位于一个周期的最下层，靠近所述p型过渡层；所述AltGa1-tN为势垒层，位于一个周期的最上层，靠近所述n型层；所述AluGa1-uN的禁带宽度小于AltGa1-tN的禁带宽度。进一步地，所述AluGa1-uN和AltGa1-tN之间还包括应力调节层AlvGa1-vN,其中，0≤u≤v≤t≤1；所述应力调节层AlvGa1-vN的禁带宽度小于所述AltGa1-tN的禁带宽度，大于所述AluGa1-uN的禁带宽度。进一步地，所述应力调节层厚度为D(D>0)，应力调节层AlvGa1-vN中组分v为变量，u≤v≤t，该组分所在应力调节层中的位置距离当前周期下表面距离为d(0≤d≤D)，则d从0递增到D时，v从u增加到t，组分v随厚度d的变化函数的一阶导数大于0。由此可见，本专利技术提供的一种紫外雪崩探测器及其制备方法，由于提供一种新的nipip结构，并将衬底设置为可透光材料，因此，紫外光可以从背部入射，穿过衬底来进行探测工作。后续在进行集成时，探测器阵列与其上的读出电路通过铟柱连接时，并不影响紫外光的探测工作。附图说明图1是现有技术中一种紫外雪崩探测器的基本结构示意图。图2是现有的紫外雪崩探测器集成情况示意图。图3是本专利技术实施例一的紫外雪崩探测器的制备方法流程图。图4是本专利技术实施例一中紫外雪崩探测器的结构示意图。图5是利用本专利技术方案的紫外雪崩探测器集成情况的示意图。图6是现有技术紫外雪崩探测器中i型雪崩层内部结构示意图。图7是现有i型雪崩层能带图。图8是现有i型雪崩层内部经过渗透的结构图。图9是本专利技术实施例二中设计的新的i型雪崩层内部结构图。图10是本专利技术实施例二新i型雪崩层的一种具体实施方式。图11是本专利技术实施例二新i型雪崩层的一种具体实施的能带图。图12是本专利技术实施例三的方法流程图。图13是本专利技术实施例三制备的紫外雪崩探测器结构示意图。图14是本专利技术实施例四的方法流程图。图15是本专利技术实施例四制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外雪崩探测器，其特征在于，该探测器为nipip结构，自衬底从下向上依次包括：p型层、i型光敏吸收层、p型过渡层、i型雪崩层、n型层；所述n型层上设置有n型欧姆电极，所述p型层上设置有p型欧姆电极；所述p型层为接收入射光的结构层；所述衬底为可透光的衬底。

【技术特征摘要】
1.一种紫外雪崩探测器，其特征在于，该探测器为nipip结构，自衬底从下向上依次包括：p型层、i型光敏吸收层、p型过渡层、i型雪崩层、n型层；所述n型层上设置有n型欧姆电极，所述p型层上设置有p型欧姆电极；所述p型层为接收入射光的结构层；所述衬底为可透光的衬底。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述p型层的材料为AlxGa1-xN，其中0≤x≤1；所述i型光敏吸收层的材料为AlyGa1-yN，其中0≤y≤1；所述p型过渡层的材料为AlzGa1-zN，其中0≤z≤1。所述n型层的材料为AlwGa1-wN，其中0≤w≤1。3.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述i型雪崩层的材料包括AluGa1-uN和AltGa1-tN，0≤u≤1,0≤t≤1；所述AluGa1-uN和AltGa1-tN两种材料周期性交替设置，其中，所述AluGa1-uN为势阱层，位于一个周期的最下层，靠近所述p型过渡层；所述AltGa1-tN为势垒层，位于一个周期的最上层，靠近所述n型层；所述AluGa1-uN的禁带宽度小于AltGa1-tN的禁带宽度。4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述AluGa1-uN和AltGa1-tN之间还包括应力调节层AlvGa1-vN,其中，0≤u≤v≤t≤1；所述应力调节层AlvGa1-vN的禁带宽度小于所述AltGa1-tN的禁带宽度，且大于所述AluGa1-uN的禁带宽度。5.根据权利要求4所述的探测器，其特征在于，所述应力调节层厚度为D(D>0)，应力调节层AlvGa1-vN中组分v为变量，u≤v≤t，该组分所在应力调节层中的位置距离当前周期下表面距离为d(0≤d≤D)，则d从0递增到D时，v从u增加到t，组分v随距离d的变化函数的一阶导数大于0。6.一种紫外雪崩探测器的制备方法，适用于权利要求1所述的探...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪莱，吴星曌，郝智彪，罗毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11