本發(fā)明涉及半導(dǎo)體探測技術(shù),尤其涉及半導(dǎo)體光探測器及其制備方法。
背景技術(shù):
光電探測在民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,包括微型可見光成像系統(tǒng)、頻譜分析系統(tǒng)、化學(xué)和生物分析(比如臭氧、污染物以及大部分有機(jī)化合物的吸收線在紫外光譜范圍)、火焰探測(比如火災(zāi)報(bào)警、導(dǎo)彈預(yù)警、燃燒監(jiān)測等),還包括衛(wèi)星之間進(jìn)行的光通信、光源校準(zhǔn)以及天文學(xué)研究等。
越來越多的應(yīng)用需要探測器具有波長可選擇性以及高靈敏度。傳統(tǒng)的高靈敏探測主要依靠光電倍增管(pmt)、熱探測器、窄禁帶半導(dǎo)體光電二極管(photodiode)或電荷耦合器件(ccd)實(shí)現(xiàn)。其中,pmt具有高增益和低噪聲的特點(diǎn),但其體積大,外殼為玻璃易碎,還需要很高的電源功率。熱探測器(如高溫計(jì)或輻射熱測量儀)的響應(yīng)速度慢,且響應(yīng)度和波長不相關(guān)。而半導(dǎo)體光電二極管和ccd具有固態(tài)器件的優(yōu)勢,只需要中等的工作電壓即可。且半導(dǎo)體光探測器體積小、重量輕,并且對磁場不敏感,因此對半導(dǎo)體光探測器有較多的研究和應(yīng)用。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種半導(dǎo)體探測器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,這種半導(dǎo)體光探測器可以為pipin結(jié)構(gòu),1區(qū)為p層,2區(qū)為i層,3區(qū)為p層,4區(qū)為i層,5區(qū)為n層。其中,1區(qū)和5區(qū)構(gòu)成pn結(jié),是半導(dǎo)體器件的一種基本結(jié)構(gòu)。2區(qū)為吸收層,主要用于吸收能量高于其禁帶寬度的光子的能量,從而產(chǎn)生電子空穴對。3區(qū)為電荷層,主要用于電場控制。4區(qū)為倍增層,主要用于電子離化碰撞,達(dá)到倍增或雪崩的效果。實(shí)際應(yīng)用中,半導(dǎo)體光探測器還包括襯底、緩沖層和電極,圖1中未顯著畫出。也就是說,當(dāng)半導(dǎo)體光探測器探測到光時(shí),會產(chǎn)生電流,并通過兩端的電極將電信號傳輸出去,達(dá)到探測效果。
現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體光探測器雖然能成功地對光進(jìn)行探測,但通常不具備波長選擇性。而實(shí)際應(yīng)用中,可能需要有針對性的對某種或某幾種波長的光進(jìn)行探測,這種需求是現(xiàn)有技術(shù)無法滿足的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體光探測器及其制備方法,可以增強(qiáng)探測的選擇性。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
一種半導(dǎo)體光探測器,該探測器為pipin結(jié)構(gòu),在襯底上依次包括:n型層、i型倍增層、p型電荷層、i型光敏吸收層、p型濾光層;n型層上設(shè)置有n型歐姆電極,p型濾光層上設(shè)置有p型歐姆電極;所述p型濾光層和n型層構(gòu)成pn結(jié);
所述p型濾光層和i型光敏吸收層為異質(zhì)結(jié);其中,所述p型濾光層禁帶寬度大于所述i型光敏吸收層的禁帶寬度;且所述p型濾光層為接收入射光的結(jié)構(gòu)層。
較佳地,所述p型濾光層的材料為alagabin(1-a-b)n(0≤a≤1,0≤b≤1,0≤a+b≤1);
所述i型光敏吸收層的材料為alcgadin(1-c-d)n(0≤c≤1,0≤d≤1,0≤c+d≤1)。
較佳地,所述n型層的材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1);
所述i型倍增層的材料為alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n,其中,0≤w≤1,0≤x≤1,0≤w+x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤y+z≤1;alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n兩種材料周期性交替設(shè)置;所述alwgaxin(1-w-x)n的禁帶寬度小于alygazin(1-y-z)n的禁帶寬度;
所述p型電荷層的材料為alegafin(1-e-f)n(0≤e≤1,0≤f≤1,0≤e+f≤1)。
較佳地,所述p型濾光層的厚度為10nm~3μm。
較佳地,所述p型電荷層的厚度為10nm~3μm。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體光探測器的制備方法,適用于上述的探測器,該方法包括:
在襯底基礎(chǔ)上生長一層n型層;
在所述n型層上生長一層i型倍增層;
在所述i型倍增層上生長一層p型電荷層;
在所述p型電荷層上生長一層i型光敏吸收層;
在所述i型光敏吸收層上生長一層p型濾光層;
所述n型層上設(shè)置有n型歐姆電極,p型濾光層上設(shè)置有p型歐姆電極;所述p型濾光層和n型層構(gòu)成pn結(jié);所述p型濾光層和i型光敏吸收層為異質(zhì)結(jié);其中,所述p型濾光層禁帶寬度大于所述i型光敏吸收層的禁帶寬度;且所述p型濾光層為接收入射光的結(jié)構(gòu)層。
較佳地,所述p型濾光層的材料為alagabin(1-a-b)n(0≤a≤1,0≤b≤1,0≤a+b≤1);
所述i型光敏吸收層的材料為alcgadin(1-c-d)n(0≤c≤1,0≤d≤1,0≤c+d≤1)。
較佳地,所述n型層的材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1);
所述i型倍增層的材料為alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n,其中,0≤w≤1,0≤x≤1,0≤w+x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤y+z≤1;alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n兩種材料周期性交替設(shè)置;所述alwgaxin(1-w-x)n的禁帶寬度小于alygazin(1-y-z)n的禁帶寬度;
所述p型電荷層的材料為alegafin(1-e-f)n(0≤e≤1,0≤f≤1,0≤e+f≤1)。
較佳地,所述p型濾光層的厚度為10nm~3μm。
較佳地,所述p型電荷層的厚度為10nm~3μm。
由此可見,本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體光探測器及其制備方法,在pipin結(jié)構(gòu)的探測器基礎(chǔ)上,p型濾光層和i型光敏吸收層為異質(zhì)結(jié),前者禁帶寬度大于后者,且需要探測的光從p型濾光層入射。正是由于p型濾光層和i型光敏吸收層為異質(zhì)結(jié),可以構(gòu)成一個(gè)過濾窗口,故只有符合波長要求的光被吸收層吸收,產(chǎn)生載流子,從而大大增強(qiáng)半導(dǎo)體光敏探測器的選擇性。
附圖說明
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體光探測器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施一中半導(dǎo)體光探測器的制備方法流程圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的半導(dǎo)體光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中濾波效應(yīng)的示意圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例一中能帶示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施二中半導(dǎo)體光探測器的制備方法流程圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例二的半導(dǎo)體光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施二中半導(dǎo)體光探測器的制備方法流程圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例二的半導(dǎo)體光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面參照附圖并舉實(shí)施例,對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種新的半導(dǎo)體光探測器。該探測器設(shè)有一濾光層,可以過濾掉不需要的光,僅讓符合波長要求的光被吸收。如果所探測的光中存在符合波長要求的光,那么該探測器就會產(chǎn)生電信號,從而成功進(jìn)行探測。
圖2是本實(shí)施一的半導(dǎo)體光探測器的制備方法流程圖。如圖2所示,該制備方法包括:步驟201、在襯底基礎(chǔ)上生長一層n型層。步驟202、在n型層上生長一層i型倍增層。步驟203、在i型倍增層上生長一層p型電荷層。步驟204、在p型電荷層上生長一層i型光敏吸收層。步驟205、在i型光敏吸收層上生長一層p型濾光層。實(shí)際應(yīng)用中,還需要設(shè)置電極等步驟,此為現(xiàn)有技術(shù)無需贅述。
圖3是根據(jù)上述方法制備出的光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示,該探測器為pipin結(jié)構(gòu),在襯底上依次包括:n型層、i型倍增層、p型電荷層、i型光敏吸收層、p型濾光層。另外,n型層上還設(shè)置有n型歐姆電極,p型濾光層上設(shè)置有p型歐姆電極。實(shí)際應(yīng)用中,半導(dǎo)體光探測器還包括襯底、緩沖層和電極,圖3中未明顯畫出。為了方便描述,假設(shè)1區(qū)為p型濾光層,2區(qū)為i型光敏吸收層,3區(qū)為p型電荷層,4區(qū)為i型倍增層,5區(qū)為n型層。其中,1區(qū)和5區(qū)構(gòu)成pn結(jié),是半導(dǎo)體具備導(dǎo)電性能的最基本結(jié)構(gòu)。1區(qū)的p型濾光層主要用于過濾掉不符合波長要求的光。2區(qū)的i型光敏吸收層主要用于吸收能量高于其禁帶寬度的光子的能量,產(chǎn)生電子空穴對。3區(qū)的p型電荷層,主要用于電場控制。4區(qū)的i型倍增層主要用于電子離化碰撞,達(dá)到倍增或雪崩的效果。
這里需要注意的是,1區(qū)的p型濾光層和2區(qū)的i型光敏吸收層應(yīng)該為異質(zhì)結(jié),且p型濾光層的禁帶寬度大于i型光敏吸收層的禁帶寬度。異質(zhì)結(jié)是指兩種帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料長在同一塊晶體上所形成的結(jié)。反之,如果帶隙相同則稱為同質(zhì)結(jié)。另外,本實(shí)施例中1區(qū)的p型濾光層是接收入射光照射的層,即本實(shí)施例一中的探測器采用正向入射方式。
發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),普通的異質(zhì)結(jié)探測器無法滿足本發(fā)明的需求。因?yàn)槠胀ǖ漠愘|(zhì)結(jié)探測器僅分pn結(jié)結(jié)構(gòu),而且采用背入射方式,即光從n區(qū)入射。其中,n區(qū)的禁帶寬度大于p區(qū),入射光中能量大的被n區(qū)吸收,能量小的被p區(qū)吸收。由于n區(qū)沒有電場分布,光生載流子產(chǎn)生后容易復(fù)合,無法產(chǎn)生響應(yīng),從而達(dá)到過濾作用。但是,由于普通異質(zhì)結(jié)采用背入射方式,n區(qū)產(chǎn)生的電子直接向n型電極方向輸運(yùn),產(chǎn)生的空穴向p型電極輸運(yùn)。而本發(fā)明實(shí)施例一要求電子必須達(dá)到倍增雪崩區(qū),否則無法進(jìn)行倍增處理。因此,本發(fā)明不按照現(xiàn)有普通的異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì),而是將本實(shí)施例一中的1區(qū)的p型濾光層和2區(qū)的i型光敏吸收層設(shè)置為異質(zhì)結(jié),且采用正向入射方式,由1區(qū)的p型濾光層接收入射光。
也就是說,1區(qū)的p型濾光層接收到光照射后,吸收比自身禁帶寬度所對應(yīng)能量高的光子,不吸收比自身禁帶寬度所對應(yīng)能量低的光子。能量低的光子將透過p型濾光層由2區(qū)的i型光敏吸收層吸收。由于1區(qū)的p型濾光層無電場分布,光生載流子會快速發(fā)生熱弛豫而損耗,無法形成有效輸運(yùn),即能量高的光子經(jīng)過1區(qū)的p型濾光層不發(fā)生作用,從而達(dá)到濾波效果。進(jìn)一步的,能量低的光子被2區(qū)的光敏吸收層吸收,產(chǎn)生的電子向n型電極方向輸運(yùn),經(jīng)過3區(qū)的電荷層進(jìn)入4區(qū)的倍增層,產(chǎn)生的空穴向p型電極方向輸運(yùn)。4區(qū)倍增層中的電子觸發(fā)雪崩,產(chǎn)生大量電子空穴對。產(chǎn)生的電子繼續(xù)向n型電極方向輸運(yùn),產(chǎn)生的空穴繼續(xù)向p型電極方向輸運(yùn),形成電流,從而成功進(jìn)行探測。
圖4是本實(shí)施例一中濾波效應(yīng)的示意圖。如圖4所示,假設(shè)1區(qū)p型濾光層的禁帶寬度為egp,2區(qū)i型光敏吸收層的禁帶寬度為egi,egp>egi。通過本發(fā)明實(shí)施例一的這種方式,大于egp的光將被1區(qū)p型濾光層阻止,不會進(jìn)入2區(qū),而小于egi的光由于能量不夠也不會被吸收,只有能量在egi和egp之間的光才能被2區(qū)的i型光敏吸收層吸收,產(chǎn)生較強(qiáng)的電流。也就是說,由于p型濾光層的禁帶寬度和i型吸收層的禁帶寬度存在差異性,這個(gè)差異性構(gòu)成了一個(gè)窗口效應(yīng),只有符合這個(gè)窗口要求的光才能被i型光敏吸收層吸收,從而達(dá)到波長選擇性的目的。
實(shí)際應(yīng)用中,3區(qū)的p型電荷層還可以起到過渡作用,將其禁帶寬度設(shè)置在2區(qū)i型光敏吸收層和4區(qū)i型倍增層之間。這樣,一方面可以起到晶格過渡的作用,緩解生長失配帶來的不利影響。另一方面,3區(qū)的p型電荷層還可以起到能帶過渡的作用,使載流子能夠更容易到達(dá)4區(qū)i型倍增層。圖5表示本實(shí)施例中探測器各層的能帶圖。從圖中可以看出,2區(qū)i型光敏吸收層和4區(qū)i型倍增層的帶階比較大,2區(qū)i型光敏吸收層吸收光產(chǎn)生的載流子難以輸運(yùn)到4區(qū)。如果不設(shè)置過渡區(qū),則需要加大電場才能使載流子到達(dá)4區(qū)倍增區(qū),而這將導(dǎo)致暗電流的影響。而如果像本實(shí)施例一樣設(shè)置有中間的過渡區(qū)(即3區(qū)p型電荷層),由于其禁帶寬度介于2區(qū)和4區(qū)之間,使得2區(qū)和4區(qū)的勢能差得到緩解,從而使載流子更容易漂移到4區(qū)i型倍增層。
實(shí)際應(yīng)用中,制備半導(dǎo)體光探測器的材料可能不同,可以采用algainn四元合金。需要說明的是,這里所述的algainn四元合金并非一定包括這四種元素,還可以是aln、gan、inn、algan等二元或三元的組合。為了清楚表示不同層的材料,下面用元素的組分不同來進(jìn)行區(qū)分。比如:
1區(qū)p型濾光層的材料為alagabin(1-a-b)n(0≤a≤1,0≤b≤1,0≤a+b≤1);
2區(qū)i型光敏吸收層的材料為alcgadin(1-c-d)n(0≤c≤1,0≤d≤1,0≤c+d≤1);
3區(qū)p型電荷層的材料為alegafin(1-e-f)n(0≤e≤1,0≤f≤1,0≤e+f≤1);
4區(qū)i型倍增層的材料為alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n,其中,0≤w≤1,0≤x≤1,0≤w+x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤y+z≤1,alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n兩種材料周期性交替設(shè)置;所述alwgaxin(1-w-x)n的禁帶寬度小于alygazin(1-y-z)n的禁帶寬度;
5區(qū)n型層的材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)。
其中,4區(qū)i型倍增層的設(shè)置可以與現(xiàn)有的超晶格雪崩探測器相同,其目的是為了發(fā)生離化碰撞,達(dá)到電子倍增的效果,此處不再贅述。
當(dāng)然,探測器的其他附加層次材料的選取也可以采用algainn四元合金。比如:
襯底的材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1);
低溫緩沖層的材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)。
其中,襯底可以為異質(zhì)襯底或同質(zhì)襯底,比如藍(lán)寶石、硅單晶、尖晶石、碳化硅、氧化鋅、硅上生長氧化鋁復(fù)合襯底、硅上生長氮化鋁復(fù)合襯底、硅上生長氧化鋅復(fù)合襯底、gan、aln等。
另外,低溫緩沖層和5區(qū)n型層的厚度通常為1~3μm,4區(qū)i型倍增層的周期數(shù)為1~100之間,勢壘或勢阱的寬度為1~100nm;3區(qū)電荷層的厚度為1nm~3μm;2區(qū)光敏吸收層的厚度為1nm~3μm;1區(qū)p型濾光層的厚度為10nm~3μm。
通過本實(shí)施例一的方案,由于1區(qū)p型濾光層為alagabin(1-a-b)n,2區(qū)i型光敏吸收層為alcgadin(1-c-d),兩種并非同一材料,形成了異質(zhì)結(jié),并且alagabin(1-a-b)n的禁帶寬度大于alcgadin(1-c-d)的禁帶寬度。這樣,當(dāng)光從p型濾光層入射時(shí),p型濾光層起到濾波的作用,i型光敏吸收層只吸收合適波長的光。此后,載流子經(jīng)過p型電荷層到達(dá)i型倍增層,引發(fā)離化碰撞,產(chǎn)生電流,從而成功進(jìn)行光的探測。正是由于本實(shí)施例將p型濾光層和i型光敏吸收層形成了異質(zhì)結(jié),設(shè)置了其合適的禁帶寬度,從而使探測器可以對光可以有選擇性地進(jìn)行探測。
實(shí)施例二
本實(shí)施例制備一種紫外窄帶吸收超晶格雪崩探測器,需要對365nm的紫外光進(jìn)行探測。假設(shè)本實(shí)施例利用藍(lán)寶石作為襯底,采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(mocvd)方法,三甲基鎵(tmga)作為鎵源,高純度nh3作為氮源,硅烷作n型摻雜劑。
圖6是本實(shí)施例方法流程圖,圖7是利用本實(shí)施例制備的半導(dǎo)體光探測器。如圖6和圖7所示,本實(shí)施例包括:
步驟601:在襯底上生長20nm的n型gan低溫緩沖層。
本實(shí)施例材料采用algainn四元合金,記作alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1),其中al和in的組分均為0,即u=0,v=1,1-u-v=0,因此四元合金這里簡記為gan。下述關(guān)于材料的簡記方法與此相同,不再贅述。
步驟602:在上述低溫緩沖層上生長一層3μm的n型層gan,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為5區(qū)n型層,其材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1),其中al和in的組分均為0,即u=0,v=1,1-u-v=0,因此這里簡記為gan。
步驟603:在n型層gan上生長20周期的gan和aln超晶格倍增區(qū)作為光生載流子的i型倍增層(雪崩放大區(qū)),其中g(shù)an為10nm,aln為20nm。
本步驟生長的為4區(qū)i型倍增層,材料為alwgaxin(1-w-x)n(0≤w≤1,0≤x≤1,0≤w+x≤1)和alygazin(1-y-z)n(0≤y≤1,0≤z≤1,0≤y+z≤1),其中,w=0,x=1,y=1,z=0。alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n兩種材料輪流交替設(shè)置,alwgaxin(1-w-x)n的禁帶寬度小于alygazin(1-y-z)n的禁帶寬度。
步驟604:利用二茂鎂作p型摻雜劑,在i型倍增層上生長一層16nm的p型電荷層gan,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為3區(qū)p型電荷層,也即過渡層。這里,過渡層的材料為alegafin(1-e-f)n(0≤e≤1,0≤f≤1,0≤e+f≤1),其中e=0,f=1,1-e-f=0。
步驟605:在p型電荷層上生長一層300nm的i型gan的365nm紫外光敏吸收層。
本步驟生長的為2區(qū)i型光敏吸收層,材料為alcgadin(1-c-d)n(0≤c≤1,0≤d≤1,0≤c+d≤1),其中,c=0,d=1,1-c-d=0。
步驟606:在光敏吸收層上生長一層100nm的p型al0.1ga0.9n濾光層,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為1區(qū)p型濾光層,材料為alagabin(1-a-b)n(0≤a≤1,0≤b≤1,0≤a+b≤1),其中,a=0.1,b=0.9,1-a-b=0。
實(shí)際應(yīng)用中,完善地制備探測器還需要刻蝕臺面、沉積電極以及鈍化等步驟。比如在本實(shí)施例中,可以使用感應(yīng)耦合等離子體(icp)刻蝕技術(shù)在表面刻出深度為1μm的臺面;使用電子束蒸發(fā)(eb)技術(shù)在p型層上沉積一層ni/au電極,在n型層沉積一層cr/au電極;使用pecvd技術(shù)在臺面上沉積200nm的sio2鈍化層。上述步驟均與現(xiàn)有技術(shù)相同,此處不再贅述。
從本實(shí)施例二可以知道,1區(qū)p型濾光層為100nm的p型al0.1ga0.9n,2區(qū)為300nm的i型gan的365nm紫外光敏吸收層,兩種材料完全不一樣,構(gòu)成異質(zhì)結(jié),前者禁帶寬度大于后者。這樣,大于365nm的光入射時(shí),1區(qū)的濾光層將其吸收,光生載流子快速發(fā)生熱弛豫而損耗,無法形成有效輸運(yùn)。同時(shí),遠(yuǎn)小于365nm的光由于能量太低,無法被1區(qū)或以下的2區(qū)吸收。只有波長在于365nm紫外光才適合透過1區(qū)被2區(qū)的吸收層吸收,產(chǎn)生載流子。因此,本實(shí)施例二的1區(qū)和2區(qū)形成的異質(zhì)結(jié)可以濾除不必要的光,只有365nm的紫外光才對探測器起作用,從而成功探測出365nm的紫外光。
實(shí)施例三
本實(shí)施例需要制備一種綠光窄帶吸收超晶格雪崩探測器,需要對550nm的綠光進(jìn)行探測。假設(shè)本實(shí)施例選擇h-sic作為生長gan材料的襯底;采用mbe方法,硅作n型摻雜劑。
圖8是本實(shí)施例制備方法流程圖,圖9是本實(shí)施例制備的探測器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8和圖9所示,本實(shí)施例包括:
步驟801:在襯底上生長20nm的n型gan低溫緩沖層。
本實(shí)施例材料采用algainn四元合金,記作alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1),其中al和in的組分均為0,即u=0,v=1,1-u-v=0,因此四元合金這里簡記為gan。
步驟802:在上述低溫緩沖層上生長一層3μm的n型gan,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為5區(qū)n型層,其材料為alugavin(1-u-v)n(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1),其中al和in的組分均為0,即u=0,v=1,1-u-v=0,因此這里簡記為gan。
步驟803:在n型gan層上生長一層50周期的gan和aln超晶格倍增區(qū)作為光生載流子的雪崩放大區(qū),其中g(shù)an為30nm,aln為50nm。
本步驟生長的為4區(qū)i型倍增層,材料為alwgaxin(1-w-x)n(0≤w≤1,0≤x≤1,0≤w+x≤1)和alygazin(1-y-z)n(0≤y≤1,0≤z≤1,0≤y+z≤1),其中,w=0,x=1,y=1,z=0。alwgaxin(1-w-x)n和alygazin(1-y-z)n兩種材料周期性交替設(shè)置,alwgaxin(1-w-x)n的禁帶寬度小于alygazin(1-y-z)n的禁帶寬度。
步驟804:使用鎂作p型摻雜劑,在i型倍增層上沉積一層16nm的p型電荷層in0.2ga0.8n,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為3區(qū)p型電荷層,也即過渡層。這里,過渡層的材料為alegafin(1-e-f)n(0≤e≤1,0≤f≤1,0≤e+f≤1),其中e=0,f=0.8,1-e-f=0.2。
步驟805:在p型過渡層上沉積一層300nm的i型in0.31ga0.69n光敏吸收層。
本步驟生長的為2區(qū)i型光敏吸收層,材料為alcgadin(1-c-d)n(0≤c≤1,0≤d≤1,0≤c+d≤1),其中,c=0,d=0.69,1-c-d=0.31。
步驟806:在光敏吸收層上生長一層100nm的p型濾光層in0.25ga0.75n,摻雜濃度約為1019cm-3。
本步驟生長的為1區(qū)p型濾光層,材料為alagabin(1-a-b)n(0≤a≤1,0≤b≤1,0≤a+b≤1),其中,a=0,b=0.75,1-a-b=0.25。
實(shí)際應(yīng)用中還需要制作臺面、電極等步驟,在本實(shí)施例中可以使用感應(yīng)耦合等離子體(icp)刻蝕技術(shù)在表面刻出深度為1μm的臺面;使用電子束蒸發(fā)(eb)技術(shù)在p型層上沉積一層ni/au電極,在n型層沉積一層cr/au電極;使用pecvd技術(shù)在臺面上沉積200nm的sio2鈍化層。上述步驟均與現(xiàn)有技術(shù)相同,此處不再贅述。
從本實(shí)施例三可以知道,1區(qū)p型濾光層為100nm的p型in0.25ga0.75n,2區(qū)為300nm的i型in0.25ga0.75n光敏吸收層,兩種材料完全不一樣,構(gòu)成異質(zhì)結(jié),前者禁帶寬度大于后者。這樣,大于550nm的光入射時(shí),1區(qū)的濾光層將其吸收,光生載流子快速發(fā)生熱弛豫而損耗,無法形成有效輸運(yùn)。同時(shí),遠(yuǎn)小于550nm的光由于能量太低,無法被1區(qū)或以下的2區(qū)吸收。只有波長在于550nm綠光才適合透過1區(qū)被2區(qū)的吸收層吸收,產(chǎn)生載流子。因此,本實(shí)施例三的1區(qū)和2區(qū)形成的異質(zhì)結(jié)可以濾除不必要的光,只有550nm的綠光才對探測器起作用,從而成功探測出550nm的綠光。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體光探測器,將p型濾光層和i型吸收層設(shè)置為異質(zhì)結(jié),前者的禁帶寬度大于后者,且p型濾光層作為光入射的層。由于p型濾光層的禁帶寬度大于i型吸收層的禁帶寬度,可以形成過濾窗口,只有符合要求的光才能被吸收層吸收,產(chǎn)生載流子,從而成功探測出相應(yīng)波長的光。需要強(qiáng)調(diào)的是,本發(fā)明實(shí)施例僅提供了幾種具體的實(shí)施方式,只要半導(dǎo)體光探測器符合pipin結(jié)構(gòu),包含本發(fā)明實(shí)施例所述的5個(gè)區(qū)域,且p型濾光層和i型濾光層形成異質(zhì)結(jié)的所有探測器及其制備方法都包含在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,上述幾種優(yōu)化的實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以上所述對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,以上所述并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。