一种新型p-i-n紫外光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种新型p‑i‑n紫外二极管及其制备方法，一种新型p‑i‑n紫外二极管包括：衬底、缓冲层、稳定层、δ掺杂层、吸光层、p

【技术实现步骤摘要】
一种新型p-i-n紫外光电二极管及其制备方法
本专利技术涉及光电二极管领域，尤其涉及新型p-i-n紫外二极管及其制备方法。
技术介绍
紫外二极管是一种利用半导体产生光电效应，将照射在半导体表面的光信号进行转换，产生电信号，并将电信号进行传送的电子元件，对紫外线具有极高的灵敏度，按照工作原理可分为内光电效应和外光电效应，外光电效应的紫外二极管具有内增益器件，因此灵敏度比内光电效应高，能够对及其微弱的光信号产生响应，目前常用的紫外二极管有光伏型、光电真空型和光电导型三种，由于紫外二极管对紫外光信号具有灵敏度高、精确度高、抗干扰能力强、探测稳定、适应性强、适用场所范围广等优点，目前已在多个领域得到了广泛应用，例如在军事领域用于导弹制导和预警，在民用领域用于火灾报警和通信，在科研领域用于太阳天文研究，在一些紫外线信号较为薄弱的地方，紫外二极管更可发挥出其高灵敏度和精确度的强大优势。鉴于紫外二极管的重要作用和优良性能，世界许多国家都对其进行了研究，以提高其量子效率、降低暗电流和过剩噪音，取得了一定的研究成果，但现有的紫外二极管APD构造简单，多为PN和PIN结构，对于其探测紫外光的性能没有明显的提高，需要进一步的改进。目前用于制备紫外二极管的材料主要有4H-SiC、MgZnO、GaN/AlGaN三种，三种材料相比之下，4H-SiC型紫外二极管具备熔点高、导热性能好，适合在高温和高能量下工作的优点，但必须解决吸收层厚度对量子效率、响应速率和击穿电压的影响，避免三者相互牵制，影响整体性能，其中PIN结构的4H-SiC型紫外二极管优势较为明显，其结电容小、并联电阻大，能播实现二极管所需的低噪音、快速响应和高响应灵敏度。目前已有许多性能优异的4H-SiC紫外光电二极管，其中有金属-半导体-金属、雪崩、肖特基等结构，但对于高性能的PIN结构的4H-SiC型紫外光电二极管却少有，提及，因此有必要研究开发出新型p-i-n紫外光电二极管，以满足其使用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决p-i-n紫外二极管见盲性差，结构厚度影响量子效率、响应速率和击穿电压的问题，提供一种量子效率更高、探测准确率更高、性能更好、见盲性更好、结构厚度及其掺杂量合理的新型p-i-n紫外二极管及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案：一种新型p-i-n紫外二极管，包括：衬底、缓冲层、稳定层、δ掺杂层、吸光层、p+层、保护层、n型电极、p型电极。所述衬底为n+型4H-SiC衬底，缺陷密度为10～103/cm3，低阻重掺杂，掺杂浓度为1.5×1020/cm3，掺杂均匀，其厚度为450μm。所述缓冲层为n型4H-SiC缓冲层，位于衬底之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为2×1020/cm3，为上部的外延提供良好的生长条件，控制外延层的缺陷密度。所述稳定层为4H-SiC的掺杂层，位于缓冲层之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为5×1014/cm3，该层的作用是对紫外光照射下产生的光生载流子进行稳定，以增强检测效果。所述δ掺杂层为采用δ掺杂的n型4H-SiC，其位于稳定层之上，厚度0.13μm，掺杂浓度为3.5×1017/cm3，其作用为增强光生载流子，提高二极管对紫外光相应的灵敏度，增强见盲性。所述吸光层为4H-SiC本征吸收层，n型的轻掺杂，位于δ掺杂层之上，掺杂浓度为5×1015/cm3，厚0.2μm，主要作用是吸收照射光，其掺杂浓度和厚度都是经过计算研究确定，以确保其满足响应灵敏度和响应速度的要求。所述p+层掺杂浓度位于吸光层之上，为2×1018/cm3，厚0.35μm，电阻较低，与p型电极对接。所述保护层为SiO2层，厚200nm，覆盖于整个器件上表面，但不覆盖p型电极。所述n型电极位于衬底之下，结构为250nm厚的Ni和250nm厚的Au。所述p型电极位于p+层之上，呈环形，位于p+层边缘，结构为150nm厚的Ti、80nm厚的Al和110nm厚的Au。本专利技术一种新型p-i-n紫外二极管的制备方法如下：衬底处理：对制备好的n+型4H-SiC材料进行裁剪，将其裁成所需形状的衬底，对衬底进行打磨，之后将衬底浸泡于去离子水中并用超声波清洗，再用酒精清洗，最后干燥去除表面残留乙醇。制备p-i-n结构各层：在衬底之上，利用分子束外延法，自下而上，依次生长出缓冲层、稳定层、δ掺杂层、吸光层、p+层。制备保护层：利用等离子体增强化学气相沉积法，以SiO2为保护层材料，在器件上表面生长保护层，保护层制备完成后利用刻蚀工艺刻蚀p+层之上的部分保护层，留出p型电极的生长窗口。制备电极：利用电子束蒸发淀积法在p+层预留的生长窗口淀积生长出p型电极，在衬底底部淀积生长出n型电极，然后在1000℃的氩气中退火10分钟。本专利技术的有益效果：(1)缓冲层的存在一定程度上提高了p-i-n结构的稳定性，也为器件的功能稳定提供了保障；(2)优化了p-i-n结中各层的厚度与掺杂浓度，使得器件性能得到提高，精度更高，灵敏度更高，响应时间更快；(3)δ掺杂结构使得器件具备良好的可见盲特性；(4)对电极进行退火处理使得电极电阻降低，且更加耐用。附图说明图1是本专利技术剖面结构示意图。图中：1—衬底，2—缓冲层，3—稳定层，4—δ掺杂层，5—吸光层，6—p+层，7—保护层，8—n型电极，9—p型电极。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种新型p-i-n紫外二极管如图1所示，包括：衬底(1)、缓冲层(2)、稳定层(3)、δ掺杂层(4)、吸光层(5)、p+层(6)、保护层(7)、n型电极(8)、p型电极(9)。所述衬底(1)为n+型4H-SiC衬底，缺陷密度为10～103/cm3，低阻重掺杂，掺杂浓度为1.5×1020/cm3，掺杂均匀，其厚度为450μm。所述缓冲层(2)为n型4H-SiC缓冲层，位于衬底(1)之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为2×1020/cm3，为上部的外延提供良好的生长条件，控制外延层的缺陷密度。所述稳定层(3)为4H-SiC的掺杂层，位于缓冲层(2)之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为5×1014/cm3，该层的作用是对紫外光照射下产生的光生载流子进行稳定，以增强检测效果。所述δ掺杂层(4)为采用δ掺杂的n型4H-SiC，其位于稳定层(3)之上，厚度0.13μm，掺杂浓度为3.5×1017/cm3，其作用为增强光生载流子，提高二极管对紫外光相应的灵敏度，增强见盲性。所述吸光层(5)为4H-SiC本征吸收层，n型的轻掺杂，位于δ掺杂层(4)之上，掺杂浓度为5×1015/cm3，厚0.2μm，主要作用是吸收照射光，其掺杂浓度和厚度都是经过计算研究确定，以确保其满足响应灵敏度和响应速度的要求。所述p+层(6)掺杂浓度位于吸光层(5)之上，为2×1018/cm3，厚0.35μm，电阻较低，与p型电极(9)对接。所述保护层为SiO2层(7)，厚200nm，覆盖于整个器件上表面，但不覆盖p型电极(9)。所述n型电极(8)位于衬底之下，结构为250nm的Ni和250nm的Au；所述p型电极(9)位于p+层(6)之上，呈环形，位于p+层(6)边缘，结构为150nm的Ti、80nm的Al和110nm的Au。本专利技术一种新型p-i-n紫外二极管的制备方法如下：衬底(1)处理：对制备好的n+型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型p‑i‑n紫外二极管，其特征在于：包括：衬底(1)、缓冲层(2)、稳定层(3)、δ掺杂层(4)、吸光层(5)、p+层(6)、保护层(7)、n型电极(8)、p型电极(9)，所述n型电极(8)位于衬底之下，结构为250nm的Ni和250nm的Au；所述p型电极(9)位于p+层(6)之上，呈环形，位于p+层(6)边缘，结构为150nm的Ti、80nm的Al和110nm的Au。

【技术特征摘要】
1.一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：包括：衬底(1)、缓冲层(2)、稳定层(3)、δ掺杂层(4)、吸光层(5)、p+层(6)、保护层(7)、n型电极(8)、p型电极(9)，所述n型电极(8)位于衬底之下，结构为250nm的Ni和250nm的Au；所述p型电极(9)位于p+层(6)之上，呈环形，位于p+层(6)边缘，结构为150nm的Ti、80nm的Al和110nm的Au。2.根据权利要求1所述的一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：所述衬底(1)为n+型4H-SiC衬底，缺陷密度为10～103/cm3，低阻重掺杂，掺杂浓度为1.5×1020/cm3，掺杂均匀，其厚度为450μm。3.根据权利要求1所述的一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：所述缓冲层(2)为n型4H-SiC缓冲层，位于衬底(1)之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为2×1020/cm3。4.根据权利要求1所述的一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：所述稳定层(3)为4H-SiC的掺杂层，位于缓冲层(2)之上，厚度2.0μm，掺杂浓度为5×1014/cm3。5.根据权利要求1所述的一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：所述δ掺杂层(4)为采用δ掺杂的n型4H-SiC，其位于稳定层(3)之上，厚度0.13μm，掺杂浓度为3.5×1017/cm3。6.根据权利要求1所述的一种新型p-i-n紫外二极管，其特征在于：所述吸光层(5)为4H-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海，周东，渠凯军，
申请(专利权)人：镇江镓芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32