一种多量子阱蓝光探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多量子阱蓝光探测器，所述探测器包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、GaN/InGaN多量子阱层和金属层电极，缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，GaN/InGaN多量子阱层为在缓冲层上依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长的周期为6~8，GaN层的厚度为12~15 nm，InGaN层的厚度为3~5nm。通过优化探测器件的芯片参数，提升了蓝光波段的量子效率；在探测芯片表面进行蓝光增敏微纳结构设计，有效降低表面对蓝光的反射损耗，增强蓝光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。

A blue light detector with multiple quantum wells

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱蓝光探测器
本技术涉及可见光探测器领域，特别涉及一种多量子阱（MQW）蓝光探测器。
技术介绍
III族氮化物半导体材料拥有优良的光学、电学、热学、化学、机械性能，因此，Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件得到了国内外科研人员的广泛关注和重点研究。作为第三代半导体材料研究热点之一的InGaN材料拥有良好的物理化学性质。它的电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好。可以通过调整合金中In的组分，实现禁带宽度从3.4eV到0.7eV的连续调节，从而使得InGaN探测器能够实现覆盖整个可见光波段的连续探测，相比光电倍增管，InGaN探测器具有体积小、易携带、易集成、击穿电场高（>1MV/cm）、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势。虽然InGaN基探测器材料生长研究取得了一定研究进展，但是到目前为止还没有实现商品转化。制约InGaN探测器发展和应用的根本问题是材料质量问题。一方面，由于InGaN和Si衬底之间存在着较大的晶格失配(>16.9%),因此在InGaN外延层中也容易产生较高密度的位错。另一方面，由于InGaN材料容易发生分相，特别In组分越高越容易发生分相。同时，在GaN材料上生长InGaN，由于InGaN与GaN之间存在晶格失配，随着厚度增加会发生弛豫，产生缺陷，这些都可以作为俘获载流子。从而降低载流子输运特性，导致InGaN探测器的量子效率下降，影响响应速和灵敏度等。
技术实现思路
为了解决以上问题，本技术的目的在于提供了一种多量子阱蓝光探测器，采用GaN/InGaN多量子阱材料制备蓝光探测器。其具有以下突出优势：一，GaN/InGaNMQW具有超晶格结构，InGaN厚度较低，材料未弛豫，可减少缺陷产生，材料质量更好；二，直接生长InGaN较为困难，易发生相分离。采用GaN/InGaNMQW由于InGaN薄膜厚度较低，减少相分离，提高InGaN材料的晶体质量，从而获得高性能蓝光探测器，具有量子效率高，响应速度快和灵敏度高等优点，经测试，响应时间由500ms缩短为300ms；三，通过在缓冲层上依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长6~8个周期，将GaN层的厚度控制在12~15nm，InGaN层的厚度控制在3~5nm，使InGaN表面有更多的富In团簇，使GaN/InGaN多量子阱材料制备蓝光探测器有更高的量子效率；四，通过AlN/AlGaN/GaN缓冲层，过滤位错，释放应力，使缺陷密度由109减小到106，使生长的InGaN材料质量更好；五，通过Ti/Ni/Au金属层，制作肖特基接触电极，暗电流由10-6A减小到10-7A，增强载流子注入效率，减小漏电。本技术的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。本技术提供了一种多量子阱蓝光探测器，包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、GaN/InGaN多量子阱层和金属层电极，缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，GaN/InGaN多量子阱层为在缓冲层上依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长的周期为6~8，GaN层的厚度为12~15nm，InGaN层的厚度为3~5nm。优选地，衬底为Si衬底。优选地，AlN层、AlGaN层和GaN层的厚度分别为300~400nm、600~700nm、3~4μm。优选地，金属层电极的形状为叉指电极；金属层电极为Ti/Ni/Au金属层，Ti/Ni/Au金属层为从下到上依次排布的Ti金属层、Ni金属层和Au金属层，Ti金属层的厚度为20~30nm、Ni金属层的厚度为100~110nm，Au金属层的厚度为100~110nm。本技术还提供了制备所述多量子阱蓝光探测器的方法，包括以下步骤：（1）采用MOCVD方法在衬底上生长缓冲层，再在缓冲层上生长InGaN/GaN多量子阱层；（2）在GaN/InGaN多量子阱层上进行光刻，在GaN/InGaN多量子阱层上表面匀胶、烘干、曝光、显影和氧离子处理，确定电极形状，并通过蒸镀工艺将金属层电极蒸镀在GaN/InGaN多量子阱层上表面。优选地，采用MOCVD方法在衬底上从下到上依次外延生长AlN层、AlGaN层和GaN层的温度分别为1100~1200℃、1100~1200℃和1000~1150℃。优选地，采用MOCVD方法在缓冲层上生长GaN/InGaN多量子阱层的温度为600~750℃。优选地，烘干时间为40~50s，曝光时间为5~10s，显影时间为40~50s，氧离子处理时间为2~3min。优选地，金属层电极的蒸镀速率为0.23~0.28nm/min。本技术还提供了所述的多量子阱蓝光探测器在蓝光探测中的应用。和现有技术相比，本技术具有以下有益效果和优点：（1）本技术提供的一种多量子阱蓝光探测器，先采用MOCVD高温外延方法在Si衬底上生长AlN/AlGaN/GaN缓冲层，再结合MOCVD低温外延方法，在缓冲层上生长GaN/InGaN多量子阱层，再通过光刻蒸镀工艺，在GaN/InGaN多量子阱层上制作Ti/Ni/Au金属层电极，实现了GaN/InGaN多量子阱蓝光探测器。制备方法具有工艺简单、省时高效以及能耗低的特点，有利于规模化生产。（2）本技术提供的一种多量子阱蓝光探测器，实现通过GaN/InGaN多量子阱层，实现在蓝光波段的高速响应；在此基础上优化设计蓝光探测器与阵列结构，有效提高响应速度。（3）本技术提供的一种多量子阱蓝光探测器，通过优化探测器件的芯片参数，使所得多量子阱蓝光探测器在蓝光波段拥有较高的量子效率；在探测芯片表面进行蓝光增敏微纳结构设计，有效降低表面对蓝光的反射损耗，增强蓝光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。附图说明图1为本技术提供的多量子阱蓝光探测器的结构剖面示意图；图2为本技术提供的多量子阱蓝光探测器的电极结构的俯视面示意图；图3为实施1所制备的多量子阱蓝光探测器的X射线衍射图谱；图4为实施1所制备的多量子阱蓝光探测器的透射电镜俯视图像；图5为实施例1制备的多量子阱蓝光探测器的PL曲线图；图6为实施例1制备的多量子阱蓝光探测器的光电流曲线图；图7为实施例1制备的多量子阱蓝光探测器的暗电流曲线图；图1中，1-衬底；2-缓冲层；3-GaN/InGaN多量子阱层；4-金属层电极。具体实施方式下面结合实施例，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例提供了一种多量子阱蓝光探测器，如图1所示，包括从下到上依次排布的衬底1、缓冲层2和GaN/InGaN多量子阱层3，GaN/InGaN多量子阱层3的上表面连接金属层电极4，缓冲层2为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，GaN/InGaN多量子阱层3为在缓冲层2上依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长的周期为6，GaN层的厚度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多量子阱蓝光探测器，其特征在于，包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、GaN/InGaN多量子阱层和金属层电极，缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，GaN/InGaN多量子阱层为在缓冲层上表面依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长的周期为6~8，GaN层的厚度为12~15 nm，InGaN层的厚度为3~5nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱蓝光探测器，其特征在于，包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、GaN/InGaN多量子阱层和金属层电极，缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，GaN/InGaN多量子阱层为在缓冲层上表面依次交替生长的GaN层和InGaN层，交替生长的周期为6~8，GaN层的厚度为12~15nm，InGaN层的厚度为3~5nm。


2.根据权利要求1所述的多量子阱蓝光探测器，其特征在于，衬底为Si衬底。


3.根据权利要求1所述的多量子阱蓝光探测器，其特征在于，缓冲层中AlN层的厚度为300~400nm。


4.根据权利要求1所述的多量子阱蓝光探测器，其特征在于，缓冲层中AlGaN层的厚度为600~700n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文樑，李国强，孔德麒，杨昱辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44