一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种4H
‑
SiC极紫外探测与雪崩光电探测器


[0001]本专利技术属于半导体光电子器件
，具体涉及一种
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器
。
技术背景
[0002]以
GaN
和
SiC
为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大
、
击穿场强高
、
饱和电子漂移速率高
、
化学稳定性优
、
抗辐射能力强等优势，在高频
、
高功率
、
抗辐射
、
耐高温的电力电子
、
微波射频器件
、
固态光源和紫外探测器等领域有着广泛的应用前景
。
其中，
4H
‑
SiC
具有材料质量优，制备工艺成熟的优势，在紫外探测器
、
雪崩光电探测器
、
以及极紫外探测器中已取得诸多重要突破
。
[0003]极紫外探测器在天体物理
、
极紫外光刻
、
原子和分子物理学等科研领域都具有重要的应用，当前，用于极紫外光探测的器件以硅
(Si)
基半导体极紫外探测器为主，
Si
基极紫外探测器技术成熟，但制备技术难度高，目前仅有美国的
IRD
可提供
Si
基极紫外探测器，然而
Si
基极紫外探测器技术受到材料性能的制约，其抗辐射能力较弱，且对可见光及温度极其敏感
。
宽禁带半导体材料由于其卓越的材料性能，在制备高性能极紫外探测器方面具有显著的优势
。
目前已有多个
SiC
基极紫外探测器的相关报道，并实现了
SiC
基极紫外探测器的产业化
。
然而，目前已报导和产业化的
SiC
基极紫外探测器多基于常规
PN
结
、Schottky
结技术，众所周知，基于常规
PN
结和
Schottky
结的器件的电容和面积成正比，即器件的感光面积越大，其结电容亦越大，器件结电容增大，会严重影响器件的相应速度，而器件的感光面积则与器件的探测精度和探测灵敏性密切相关，因此，常规
PN
结
、Schottky
结
SiC
基极紫外探测器无法有效解决器件响应速度与器件探测精度和灵敏性的矛盾
。
[0004]紫外雪崩光电探测器由于具有高增益，因此可以实现微弱紫外信号甚至单光子信号的探测，因此在导弹预警
、
火焰监控
、
生化检测
、
量子通讯等军事
、
民用
、
工业及科学研究等多个领域具有重要应用
。
目前常见的紫外雪崩光电探测器主要包括
Si
基雪崩光电探测器和
SiC
基雪崩光电探测器
。
其中，
Si
基雪崩光电探测器技术成熟，综合性能优
。
然而由于
Si
材料对紫外光具有强烈的吸收，因此，
Si
基雪崩光电探测器在进行紫外光探测时难以有效实现深紫外单光子探测
。
目前，
4H
‑
SiC
基紫外单光子探测器已有诸多报道，然而受到材料因素与制备工艺的制约，
4H
‑
SiC
基紫外单光子探测器普遍性能不高，存在严重的雪崩击穿不均匀性，减小器件的雪崩区面积是提升
4H
‑
SiC
基紫外单光子探测器雪崩均匀性的有效技术路线，然而，随着雪崩区面积减小，金属电极面积不变的情况下，
4H
‑
SiC
雪崩有源区的占空比会随之降低，从而影响到器件的单光子探测性能
。
因此，当前的
4H
‑
SiC
雪崩光电探测器普遍存在雪崩面积与雪崩击穿均匀性
、
暗计数率以及光子探测能力相矛盾的冲突
。
[0005]当前
4H
‑
SiC
基紫外单光子探测器常见结构包括
PN/PIN
结构
、
吸收
‑
倍增分离结构
(separate absorption
‑
multiplication/separate absorption
‑
charge
‑
multiplication,SAM/SACM)。
由于
4H
‑
SiC
基紫外单光子探测器工作在高场下，为抑制边缘场效应，通常会采取一些终端技术，主要以倾斜台面终端结构为主
。
在
PN/PIN
结构中，该技
术通常会将倾斜台面刻蚀至
i
层或下欧姆电极接触层；在
SACM
结构中，则会将倾斜台面刻蚀穿透电荷控制层至下面的
i
型本征层，从而达到良好的电场控制效果，从器件剖面图看，
SACM
结构的
APD
吸收层和雪崩层的外边缘位于一条直线上
。
然而，该技术采用由上至下的倾斜台面刻蚀，无法有效解决器件的雪崩面积与器件综合性能之间的相互矛盾
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，目的是解决现有
4H
‑
SiC
极紫外探测器与
4H
‑
SiC
雪崩光电探测器技术中器件有源区面积与器件性能之间相互冲突的矛盾，有效提升器件的综合性能
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其本征层包括从下到上依次相接的光吸收层
、
电荷控制层和光生载流子漂移层，
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器台面自上而下的刻蚀深度至少至电荷控制层，但不超过电荷控制层
。
[0009]上述
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，通过小面积载流子漂移区与大面积光子吸收区相结合的方式，在保证
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器光电探测能力的同时，有效降低了器件的电容，并减小了的雪崩光电探测器的雪崩区域，增强了其雪崩击穿均匀性，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：其本征层包括从下到上依次相接的光吸收层
、
电荷控制层和光生载流子漂移层，
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器台面自上而下的刻蚀深度至少至电荷控制层，但不超过电荷控制层
。2.
如权利要求1所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：光生载流子漂移区的面积小于光吸收区的面积
。3.
如权利要求1或2所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：电荷控制层的外边界与光吸收层的外边界重合
。4.
如权利要求1或2所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：其纵截面为凸形，台面边缘为倾斜台面
。5.
如权利要求1所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：电荷控制层的厚度为
0.1
‑
0.5
μ
m
，电荷控制层的刻蚀深度为0‑
0.4
μ
m。6.
如权利要求5所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：剩余厚度的电荷控制层被部分选区刻蚀去除，未刻蚀的电荷控制层在电学上处于联通状态
。7.
如权利要求5所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：将剩余厚度的电荷控制层完全保留
。8.
如权利要求1所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：从下到上依次包括：下金属接触电极
、4H
‑
SiC
导电衬底
、
下
H
‑
SiC
欧姆接触层
、i
型
4H
‑
SiC
光子吸收层
、4H
‑
SiC
电荷控制层
、i
型
4H
‑
SiC
漂移层
、4H
‑
SiC
过渡层
、
上
4H
‑
SiC
欧姆接触层和上金属接触电极；上金属接触电极部分覆盖或全部覆盖上
4H
‑
SiC
欧姆接触层，上
4H
‑
SiC
欧姆接触层上除上金属接触电极的区域均设有钝化层；
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器台面自上而下的刻蚀深度至少至
4H
‑
SiC
电荷控制层，但不超过
4H
‑
SiC
电荷控制层
。9.
如权利要求1所述的
4H
‑
SiC
极紫外探测与雪崩光电探测器，其特征在于：
4H
‑
SiC
电荷控制层的掺杂类型与上
4H
‑
SiC
欧姆接触层的掺杂类型相反

【专利技术属性】
技术研发人员：周东，陆海，范兆媛，徐尉宗，任芳芳，周峰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：