一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法，探测器包括衬底及在衬底上生长的外延层结构；外延层结构按照从下至上的生长顺序依次为非故意掺杂AlN缓冲层、非故意掺杂AlxGa1‑xN缓冲层，n型重掺杂AlyG1‑yN欧姆接触层，Al组分渐变AlzGa1‑zN极化掺杂p型层、非故意掺杂GaN倍增层、n型掺杂GaN电荷层、InmGa1‑mN/GaN超晶格光吸收层和n型重掺杂GaN欧姆接触层。探测器采用p型层下置结构，利用AlGaN层中自发极化与组分渐变带来的压电极化效应产生三维空穴气形成p型层，无需掺杂受主杂质，避免了受主杂质扩散与重掺杂对结晶质量的影响；光吸收层以外均采用结晶质量相对良好的AlGaN、GaN，并利用组分渐变层，在极化掺杂的同时调控应力、提高结晶质量；吸收层采用InGaN/GaN超晶格抑制InGaN层的相分离，从而保证雪崩光电效应的产生。

A III nitride semiconductor visible avalanche photodetector and its preparation method

The present invention relates to a group III nitride semiconductor visible avalanche photodetector and its preparation method. The detector comprises a substrate and an epitaxial layer structure grown on the substrate; the epitaxial layer structure is in the order of unintentionally doped AlN buffer layer, unintentionally doped AlxGa1 xN buffer layer, n-type heavily doped AlyG1 yN ohmic contact layer, and Al component gradient AlGaz1 zN buffer layer. Polarization doped p-type layer, unintentionally doped GaN multiplier layer, n-type doped GaN charge layer, InmGa1 mN/GaN superlattice optical absorption layer and n-type heavily doped GaN ohmic contact layer. The detector adopts a p-type layer substructure and uses the piezoelectric polarization effect caused by spontaneous polarization and component gradient in the AlGaN layer to generate a three-dimensional cavity to form a p-type layer without doping the acceptor impurities, thus avoiding the influence of the diffusion and heavy doping of the acceptor impurities on the crystallization quality; AlGaN and GaN with relatively good crystallization quality are used outside the optical absorption layer, and the component gradient layer is used to dope in the polarization. At the same time, the stress is regulated and the crystallization quality is improved. InGaN/GaN superlattice is used in the absorption layer to restrain the phase separation of InGaN layer, thus ensuring the generation of avalanche photoelectric effect.

【技术实现步骤摘要】
一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法
本专利技术涉及III族氮化物半导体光电探测器
，尤其涉及一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法。
技术介绍
随着信息技术的日益更新，基于化合物半导体材料的固态光电探测技术在现代光电信息探测领域发挥越来越重要的作用。近年来，随着信息化社会的迅猛发展，光电探测技术在国防、民用和科学研究等领域的应用日益增加，例如紫外火焰探测、环境监测、导弹预警、量子通信、太空光通信、可见光红外摄像等等。相比于传统的以光电倍增管(PMT)为代表的真空光电探测器件，固态探测器件具有工作电压低、耐高温、抗辐射、耐腐蚀、体积小、量子效率高等优点，因而在研究和应用中发展迅猛。在固态半导体材料中，III族氮化物半导体(包括二元化合物GaN、InN和AlN，三元化合物InGaN、AlGaN、AlInN以及四元化合物AlInGaN等化合物材料)具有直接带隙、禁带宽度调节范围宽、击穿电场高、热导率大、耐高温、抗辐射能力强、化学稳定性高，电子饱和迁移速度快等优点，通过调节多元化合物的组分可以实现覆盖中红外，可见光以及紫外光信号的探测，因此成为当前固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，包括衬底(101)及在衬底(101)上生长的外延层结构；其中，所述外延层结构按照从下至上的生长顺序依次为非故意掺杂AlN缓冲层(102)、非故意掺杂AlxGa1‑xN缓冲层(103)、n型重掺杂AlyGa1‑yN欧姆接触层(104)、Al组分渐变AlzGa1‑zN极化掺杂p型层(105)、非故意掺杂GaN倍增层(106)、n型掺杂GaN电荷层(107)、InmGa1‑mN/GaN超晶格光吸收层(108)和重掺杂n型GaN欧姆接触层(109)。

【技术特征摘要】
1.一种III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，包括衬底(101)及在衬底(101)上生长的外延层结构；其中，所述外延层结构按照从下至上的生长顺序依次为非故意掺杂AlN缓冲层(102)、非故意掺杂AlxGa1-xN缓冲层(103)、n型重掺杂AlyGa1-yN欧姆接触层(104)、Al组分渐变AlzGa1-zN极化掺杂p型层(105)、非故意掺杂GaN倍增层(106)、n型掺杂GaN电荷层(107)、InmGa1-mN/GaN超晶格光吸收层(108)和重掺杂n型GaN欧姆接触层(109)。2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述衬底(101)为蓝宝石或SiC衬底；所述非故意掺杂AlN缓冲层(102)为低温生长，且低温AlN缓冲层(102)的厚度为10nm～30nm；或者所述非故意掺杂AlN缓冲层(102)为高温生长，且高温AlN缓冲层(102)的厚度为0.2μm～3μm。3.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述非故意掺杂AlxGa1-xN缓冲层(103)的厚度为300nm～1μm，Al组分x为0.3～0.7。4.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述n型重掺杂AlyGa1-yN欧姆接触层(104)的厚度为100nm～500nm，Al组分y为0.1～0.3，层中电子浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。5.根据权利要求4所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述Al组分渐变AlzGa1-zN极化掺杂p型层(105)为非故意掺杂层，采用Al组分线性渐变生长，从高Al组分线性变化至低Al组分，其厚度为50nm-200nm，Al组分z的变化区间为y～0，对应极化掺杂空穴浓度为2.5×1017cm-3～3.0×1018cm-3。6.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述非故意掺杂GaN倍增层(106)，厚度为100nm～200nm，层中电子浓度为1×1016cm-3～2×1017cm-3。7.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述n型掺杂GaN电荷层(107)，厚度为30nm～60nm，层中电子浓度为5×1017cm-3～3×1018cm-3。8.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器，其特征在于，所述InmGa1-mN/GaN超晶格光吸收层(108)为非故意掺杂层；每个超晶格周期中InmGa1-mN层...

【专利技术属性】
技术研发人员：江灏，郭瑶，吕泽升，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44