一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器及其制备方法技术

技术编号：41384912 阅读：5 留言：0更新日期：2024-05-20 19:05

本发明专利技术属于半导体光电器件技术领域内的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器及其制备方法，包括依次层叠生长的双面抛光c面蓝宝石衬底、AlN缓冲层、N型Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N层、I型Al<subgt;y</subgt;Ga<subgt;1‑y</subgt;N有源层和P型Al<subgt;y</subgt;Ga<subgt;1‑y</subgt;N层，c面蓝宝石衬底上表面形成PIN结构的背照式日盲紫外探测器；其中，N型Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N层和P型Al<subgt;y</subgt;Ga<subgt;1‑y</subgt;N层上生长有欧姆接触电极；c面蓝宝石衬底下表面设有纳米蛾眼阵列结构，纳米蛾眼阵列结构分别包括半椭球形蛾眼结构、圆锥形蛾眼结构和高斯形蛾眼结构。本发明专利技术提出纳米仿生蛾眼结构的蓝宝石衬底，利用蛾眼表面纳米量级的周期性微小凸起，所显示出的高透射来实现减反增透效果，并且采用背照式接收光线，结合PIN结构，可以最大程度地利用光，增加器件的光学利用率，提升器件的光响应性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电器件，具体涉及一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器及其制备方法。

技术介绍

1、近年来，基于algan基宽禁带半导体的日盲紫外光电探测器在各领域有着广泛的应用前景。各种基于algan且具有不同器件结构的日盲光电探测器已经被用于包括光导体、光电化学、金属-半导体-金属光电探测器、肖特基势垒光电探测器和p-i-n光电探测器之中。在这些结构中，p-i-n光电探测器由于其潜在的高量子效率、低暗电流及具有光伏模式运行的特点而备受关注。p-i-n光电探测器可以与硅读出集成电路结合，且可以通过透明蓝宝石衬底的背面接收光线，因为其独特的结构特征，背照式p-i-n紫外光电探测器已经逐步成为制备大型焦平面阵列的重点对象。

2、仿生蛾眼结构层可等效为折射率沿深度方向呈连续梯度变化的渐变折射率膜层，可减少折射率急剧变化所造成的反射现象，蛾眼纹理的织构化特征使蛾眼具有优异的大角度宽光谱抗反射增透效果，可以最大程度地利用光，提高器件的光学利用率，此外蛾眼结构还具有优越的力学和疏水性能，便于在恶劣的环境使用。

3、若想要提升紫外探测器的性能，往往需要采取同时改进器件的设计结构和光学结构的方法。例如，可以采用更优化的工艺，或是设计更好的物理结构，亦或是利用不同的光学结构方案，如仿生结构，增加光学利用率。但是常常受制于目前器件的制备工艺而难以全部实现。

技术实现思路

1、本专利技术的目的就在于提供一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器及其制备方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。</p>

2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，包括依次层叠生长的c面蓝宝石衬底、aln缓冲层、n型alxga1-xn层、i型alyga1-yn有源层和p型alyga1-yn层，c面蓝宝石衬底上表面形成pin结构的背照式日盲紫外探测器；其中，

4、所述n型alxga1-xn层和所述p型alyga1-yn层上生长有欧姆接触电极；所述c面蓝宝石衬底下表面设有纳米蛾眼阵列结构，纳米蛾眼阵列结构分别包括半椭球形蛾眼结构、圆锥形蛾眼结构和高斯形蛾眼结构。

5、作为本专利技术的进一步优化方案，所述c面蓝宝石衬底下表面为光线的入射面，所述光线经过纳米蛾眼阵列结构，由下往上入射探测器，再经过所述aln缓冲层和所述n型alxga1-xn层，到达所述i型alyga1-yn有源层被吸收。

6、作为本专利技术的进一步优化方案，所述纳米蛾眼阵列结构底部半径为150nm，高度为180nm，周期为300～350nm。

7、作为本专利技术的进一步优化方案，所述aln缓冲层的厚度为1μm；所述n型alxga1-xn层的厚度为600nm，掺杂si元素，掺杂浓度为2×1018cm-3；所述i型alyga1-yn有源层的厚度为200nm，未掺杂。

8、作为本专利技术的进一步优化方案，所述p型alyga1-yn层厚度为40nm，掺杂浓度为2.4×1016cm-3，所述p型欧姆接触电极厚度为12nm。

9、一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器的制备方法，用于制备以上任一项所述日盲紫外探测器，方法包括：

10、s1、在所述c面蓝宝石衬底的下表面采用光刻工艺制作出周期性的所述纳米蛾眼阵列结构，纳米蛾眼阵列结构包含半椭球形蛾眼结构、圆锥形蛾眼结构和高斯形蛾眼结构；

11、s2、在所述c面蓝宝石衬底的光面上生长所述aln缓冲层；

12、s3、在所述aln缓冲层的表面上生长所述n型alxga1-xn层；

13、s4、在所述n型alxga1-xn层的表面上生长所述i型alyga1-yn有源层；

14、s5、在所述i型alyga1-yn有源层的表面上生长p型alyga1-yn层；

15、s6、在所述p型alyga1-yn层和所述n型alxga1-xn层表面生长欧姆接触金属，分别形成p型欧姆接触电极和n型欧姆接触电极。

16、作为本专利技术的进一步优化方案，步骤s1中，所述光刻工艺包括：

17、s101、采用进扫描投影式曝光工艺对c面蓝宝石衬底进行掩膜制备；

18、s102、采用icp干法刻蚀掩膜制备的c面蓝宝石衬底，刻蚀气体为bcl3和cl2混合氛围，通过控制上电极功率、下电极功率、气体压力和工艺气体比例，确定最终的工艺刻蚀选择比；

19、s103、刻蚀完成后在适温的光刻胶剥离液中浸泡，溶解去除残余的正性光刻胶，从而获得纳米蛾眼阵列结构。

20、作为本专利技术的进一步优化方案，步骤s2-步骤s5中，采用mocvd技术在所述c面蓝宝石衬底的光面上进行层叠生长。

21、作为本专利技术的进一步优化方案，步骤s6包括在所述n型alxga1-xn层的表面上通过icp干法刻蚀形成平台，再在所述平台生长所述n型欧姆接触电极，厚度为12nm。

22、本专利技术的有益效果在于：

23、1.本专利技术提出了更优化的纳米蛾眼阵列结构的制备工艺，通过光刻显影和icp干法刻蚀技术在蓝宝石衬底单面制作纳米蛾眼阵列结构，再采用mocvd技术在纳米蛾眼结构的蓝宝石衬底光面上生长出algan基的光电探测器。

24、2.本专利技术提出了一种更好的探测器结构，具体设计了一种pin型紫外光电探测器，其主体结构自下而上依次包括：c面蓝宝石衬底，aln缓冲层，si掺杂n型alxga1-xn层，i型alyga1-yn有源层，p型alyga1-yn层，光线采用背照式入射探测器。

25、3.本专利技术基于仿生蛾眼结构设计了半椭球形、圆锥形、高斯形纳米蛾眼结构蓝宝石衬底，由于蛾眼结构表面的纳米量级的周期性微小凸起，一般小于光波长，使得这种微观结构易于显示出很高的透射性，因此可以实现减反增透的效果，基于该原理做出的光电探测器，可以最大程度地利用光，增加器件的光学利用率，提升器件性能。

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【技术保护点】

1.一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于，包括依次层叠生长的c面蓝宝石衬底(3)、AlN缓冲层(4)、N型AlxGa1-xN层(5)、I型AlyGa1-yN有源层(6)和P型AlyGa1-yN层(7)，c面蓝宝石衬底(3)上表面形成PIN结构的背照式日盲紫外探测器；其中，

2.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述c面蓝宝石衬底(3)下表面为光线(1)的入射面；所述光线(1)经过纳米蛾眼阵列结构(2)，由下往上入射探测器，再经过所述AlN缓冲层(4)和所述N型AlxGa1-xN层(5)，到达所述I型AlyGa1-yN有源层(6)被吸收。

3.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述纳米蛾眼阵列结构(2)底部半径为150nm，高度为180nm，周期为300～350nm。

4.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述AlN缓冲层(4)的厚度为1μm；所述N型AlxGa1-xN层(5)的厚度为600nm，掺杂Si元素，掺杂浓度为2×1018cm-3；所

5.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述P型AlyGa1-yN层(7)厚度为40nm，掺杂浓度为2.4×1016cm-3，所述P型欧姆接触电极(71)厚度为12nm。

6.一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述日盲紫外探测器，其特征在于，方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述光刻工艺包括：

8.根据权利要求6所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤S2-步骤S5中，采用MOCVD技术在所述c面蓝宝石衬底(3)的光面上进行层叠生长。

9.根据权利要求6所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤S6包括在所述N型AlxGa1-xN层(5)的表面上通过ICP干法刻蚀形成平台，再在所述平台生长所述N型欧姆接触电极(51)，厚度为12nm。

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【技术特征摘要】

1.一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于，包括依次层叠生长的c面蓝宝石衬底(3)、aln缓冲层(4)、n型alxga1-xn层(5)、i型alyga1-yn有源层(6)和p型alyga1-yn层(7)，c面蓝宝石衬底(3)上表面形成pin结构的背照式日盲紫外探测器；其中，

2.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述c面蓝宝石衬底(3)下表面为光线(1)的入射面；所述光线(1)经过纳米蛾眼阵列结构(2)，由下往上入射探测器，再经过所述aln缓冲层(4)和所述n型alxga1-xn层(5)，到达所述i型alyga1-yn有源层(6)被吸收。

3.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述纳米蛾眼阵列结构(2)底部半径为150nm，高度为180nm，周期为300～350nm。

4.根据权利要求1所述的一种蛾眼结构背照式日盲紫外探测器，其特征在于：所述aln缓冲层(4)的厚度为1μm；所述n型alxga1-xn层(5)的厚度为600nm，掺杂si元素，掺杂浓度为2×1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢峰，段玉，杨国锋，俞本立，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：

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