一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底、p型金刚石薄膜、Ga极性调控层、本征i

【技术实现步骤摘要】
一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器


[0001]本专利技术涉及光电探测芯片
，更具体的，涉及一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器。

技术介绍

[0002]超宽禁带半导体日盲紫外探测在军事预警、目标识别、导引、环境监控等领域有重要应用，近年来受到了广泛关注。作为超宽禁带半导体典型代表，金刚石具有抗辐射能力强、热导率高、高击穿电场等特点，其光吸收在极紫外区(<210nm)，非常适合极端环境深紫外探测。
[0003]然其存在不足之处有：日盲波段光吸收系数小、n型掺杂困难。因此单一金刚石探测器日盲波段光响应微弱，很难直接应用。同金刚石相比，氧化镓(Ga2O3)半导体带隙5.0eV，其日盲波段光吸收系数＞105cm
‑1，是理想的日盲光电探测材料。其不足有：热导率小、p型掺杂困难，因此Ga2O3探测器无法实现自供电工作。如何解决金刚石基日盲探测器面临的光吸收弱、无自供电能力等难题，愈加受到重视。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决以上现有的超宽禁带半导体日盲探测器存在不足与缺陷的问题，提供了一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器。
[0005]为实现上述本专利技术目的，采用的技术方案如下：
[0006]一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底、p型金刚石薄膜、Ga极性调控层、本征i
‑
Ga2O3光吸收层、δ调制掺杂层、AlO介电层和顶部叉指状电极；
[0007]其中所述的金刚石单晶衬底的横截面长度与p型金刚石薄膜的横截面长度一致；
[0008]所述的Ga极性调控层、本征i
‑
Ga2O3光吸收层、δ调制掺杂层、AlO介电层的横截面长度均相同；
[0009]且所述的Ga极性调控层的横截面长度小于p型金刚石薄膜的横截面长度；
[0010]所述的Ga极性调控层、本征i
‑
Ga2O3光吸收层、δ调制掺杂层、AlO介电层设置在p型金刚石薄膜的中间位置；
[0011]在p型金刚石薄膜上设有两个金刚石电极；所述的金刚石电极位于Ga极性调控层的两侧；
[0012]所述的顶部叉指状电极镶嵌在AlO介电层的内部；
[0013]所述的δ调制掺杂层采用周期性δ型调制掺杂技术进行n型Ga2O3掺杂，获得高浓度载流子。
[0014]优选地，所述的顶部叉指状电极包括横截面为长方形的第一电极结构、设置在第一电极结构下方的第二电极结构；所述的第二电极结构的横截面为梯形；
[0015]其中，所述的第一电极结构设置在AlO介电层的顶部；
[0016]所述的第二电极结构镶嵌在AlO介电层的内部；且所述的第二电极结构镶嵌相对较长的第一底面与第一电极结构的底部连接；所述的第二电极结构镶嵌相对较短的第二底面与δ调制掺杂层的顶部连接。
[0017]进一步地，所述的顶部叉指状电极设有至少2个。
[0018]优选地，所述的p型金刚石薄膜，采用MPCVD在金刚石单晶衬底，利用硼烷BH3作为掺杂源生长B掺杂p型金刚石薄膜。
[0019]优选地，所述的Ga极性调控层、本征i
‑
Ga2O3光吸收层、δ调制掺杂层均采用射频MBE在p型金刚石薄膜上由下到上依次生长得到。
[0020]优选地，利用MBE进行原子级调控，在本征i
‑
Ga2O3层上依次生长i
‑
Ga2O3/Sn:Ga2O3调制掺杂超晶格，得到δ调制掺杂层。
[0021]优选地，所述的顶部叉指状电极、δ调制掺杂层构成顶叉指Ga2O3电子收集极；所述的p型金刚石薄膜作为光生载流子中的金刚石空穴收集极。
[0022]优选地，所述的金刚石电极，通过利用离子注入在低B浓度的p
‑
金刚石空穴收集极构建重掺杂的欧姆接触区来完成。
[0023]进一步地，所述的探测器的制备，首先利用湿法刻蚀与ICP刻蚀图形化β
‑
Ga2O3层，并溅射氧化物介质钝化层；其次光刻制备p型金刚石欧姆接触电极，并溅射绝缘介质隔离层和钝化，图形化金刚石电极并完成接触电极；最后制备顶叉指Ga2O3电子收集极。
[0024]进一步地，所述的顶部叉指状电极经过二位阵列集成形成光探测芯片，将单个探测器单元同有源矩阵驱动单位进行集成，构建完整的单个像素。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]针对单一金刚石基日盲紫外探测器面临的光吸收系数小、迁移率低、n型掺杂困难、无自供电能力等难题。本专利技术以热力学稳定的β相Ga2O3为异质结匹配材料进行优势互补。
[0027]本专利技术设计顶部叉指状电极可以灵活调节光吸收层电极。在p型金刚石薄膜作为金刚石空穴收集极、本征Ga2O3光吸收区、顶叉指Ga2O3电子收集极之间构建空间高场强区，实现日盲光子激励电子
‑
空穴对的高效分离和收集；避免金刚石底电极的寄生电容，抑制“复合效应”造成的载流子消耗。
附图说明
[0028]图1是本专利技术所述的高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器的结构示意图。
[0029]图中，1
‑
金刚石单晶衬底、2
‑
p型金刚石薄膜、3
‑
金刚石电极、4
‑
Ga极性调控层、5
‑
征i
‑
Ga2O3光吸收层、6
‑
δ调制掺杂层、7
‑
AlO介电层、8
‑
顶部叉指状电极、801
‑
第一电极结构、802
‑
第二电极结构。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做详细描述。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底1、p型金刚石薄膜2、Ga极性调控层4、本征i
‑
Ga2O3光吸收层
5、δ调制掺杂层6、AlO介电层7和顶部叉指状电极8；
[0033]其中所述的金刚石单晶衬底1的横截面长度与p型金刚石薄膜2的横截面长度一致；
[0034]所述的Ga极性调控层4、本征i
‑
Ga2O3光吸收层5、δ调制掺杂层6、AlO介电层7的横截面长度均相同；
[0035]且所述的Ga极性调控层4的横截面长度小于p型金刚石薄膜2的横截面长度；
[0036]所述的Ga极性调控层4、本征i
‑
Ga2O3光吸收层5、δ调制掺杂层6、AlO介电层7设置在p型金刚石薄膜2的中间位置；
[0037]在p型金刚石薄膜2上设有两个金刚石电极3；所述的金刚石电极3位于Ga极性调控层4的两侧；
[0038]所述的顶部叉指状电极8镶嵌在AlO介电层7的内部；
[0039]所述的δ调制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，其特征在于：所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底(1)、p型金刚石薄膜(2)、Ga极性调控层(4)、本征i
‑
Ga2O3光吸收层(5)、δ调制掺杂层(6)、AlO介电层(7)和顶部叉指状电极(8)；其中所述的金刚石单晶衬底(1)的横截面长度与p型金刚石薄膜(2)的横截面长度一致；所述的Ga极性调控层(4)、本征i
‑
Ga2O3光吸收层(5)、δ调制掺杂层(6)、AlO介电层(7)的横截面长度均相同；且所述的Ga极性调控层(4)的横截面长度小于p型金刚石薄膜(2)的横截面长度；所述的Ga极性调控层(4)、本征i
‑
Ga2O3光吸收层(5)、δ调制掺杂层(6)、AlO介电层(7)设置在p型金刚石薄膜(2)的中间位置；在p型金刚石薄膜(2)上设有两个金刚石电极(3)；所述的金刚石电极(3)位于Ga极性调控层(4)的两侧；所述的顶部叉指状电极(8)镶嵌在AlO介电层(7)的内部；所述的δ调制掺杂层(6)采用周期性δ型调制掺杂技术进行n型Ga2O3掺杂，获得高浓度载流子。2.根据权利要求1所述的高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，其特征在于：所述的顶部叉指状电极(8)包括横截面为长方形的第一电极结构(801)、设置在第一电极结构(801)下方的第二电极结构；所述的第二电极结构的横截面为梯形；其中，所述的第一电极结构(801)设置在AlO介电层(7)的顶部；所述的第二电极结构镶嵌在AlO介电层(7)的内部；且所述的第二电极结构镶嵌相对较长的第一底面与第一电极结构(801)的底部连接；所述的第二电极结构镶嵌相对较短的第二底面与δ调制掺杂层(6)的顶部连接。3.根据权利要求2所述的高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，其特征在于：所述的顶部叉指状电极(8)设有至少2个。4.根据权利要求1所述的高性能自供电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海，汤梓荧，王必成，王庭云，
申请(专利权)人：新启航半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：