CN105742387A - AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 - Google Patents
AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105742387A CN105742387A CN201610112141.1A CN201610112141A CN105742387A CN 105742387 A CN105742387 A CN 105742387A CN 201610112141 A CN201610112141 A CN 201610112141A CN 105742387 A CN105742387 A CN 105742387A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- content gradually
- gradually variational
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 9
- 229910016920 AlzGa1−z Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 7
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 6
- -1 aluminium nitride compound Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000233 ultraviolet lithography Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 150000003752 zinc compounds Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
- H01L31/035263—Doping superlattices, e.g. nipi superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
- H01L31/1848—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P comprising nitride compounds, e.g. InGaN, InGaAlN
Abstract
本发明提供了一种半导体结构，自下至上依次包括：衬底；缓冲层；n型层；i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；第一p型层；i型光敏吸收层；以及第二p型层，其中，i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1?yN，最上部的材料为AlzGa1?zN，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1?cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。本发明还提供了该半导体结构的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管(APD)。
背景技术
紫外探测在民用和军事等领域均具有广泛的应用，包括化学和生物分析(臭氧，污染物以及大部分有机化合物的吸收线在紫外光谱范围)、火焰探测(包括火灾报警，导弹预警和制导，燃烧监测等)、光通信(特别是卫星间采用波长小于280nm的紫外光进行通信)、紫外光源的校准(仪器，紫外线光刻等)，以及天文学研究。传统的紫外探测主要依靠光电倍增管(PMT)、热探测器、半导体光电二极管(Photodiode)或电荷耦合器件(CCD)实现。PMT具有高增益和低噪声，但是，其体积大且玻璃外壳易碎，同时还需要很高的电源功率。热探测器(高温计或辐射热测量仪)通常用于紫外波段的校准，它的响应速度很慢而且响应度和波长不相关。半导体光电二极管和CCD具有固态器件的优势，且只需要中等的工作电压。半导体光探测器体积小、重量轻，并且对磁场不敏感。它们具有成本低，线性度好、灵敏度高的优势和高速工作的能力，是实现紫外探测的理想途径。
目前，最常用的紫外光电探测器件是基于Si材料的光电二极管，但是它和其他窄禁带半导体探测器一样面临如下的一些固有的局限性。首先，对于Si或GaAs等这些窄禁带半导体而言，紫外光的能量远高于其带隙，它们在紫外光的照射下很容易老化。此外，钝化层(通常是SiO2)会减少深紫外线范围的量子效率，同时也面临紫外线照射退化的问题。这些器件的另一个限制是其同时对低能量的光子也具有响应，因此必须使用昂贵和复杂的滤波器来阻挡可见光和红外线光子，导致有效面积有显著损失。最后，对于某些高灵敏度的应用，探测器的有源区必须冷却以减少暗电流，冷却后的探测器会作为污染物的冷阱而导致更低的探测率。
发明内容
本发明提供了一种半导体结构，自下至上依次包括：衬底；缓冲层；n型层；i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；第一p型层；i型光敏吸收层；以及第二p型层，其中，i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。
本发明还提供了一种半导体结构的制造方法，包括：提供衬底；在衬底上形成缓冲层；在缓冲层上形成n型层；在n型层上形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；在i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层上形成第一p型层；在第一p型层上形成i型光敏吸收层；以及在i型光敏吸收层上形成第二p型层，其中，形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括：沿垂直于衬底表面方向形成叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的AlGaN基渐变组分超晶格雪崩光电二极管的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的组分渐变层中组分变化曲线示例；以及
图3a～3j示出了根据本发明实施例的AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管的制造方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的发明人注意到，基于AlGaN、SiC等宽禁带半导体材料的紫外光电探测器可以克服上述的诸多缺点。对光电二极管来说而言，宽的禁带宽度使得探测器可以在室温工作，同时对可见光不响应。另外，宽禁带半导体击穿场强高、物理和化学性质稳定，十分适合在高温和大功率条件下工作。它们抗紫外辐照能力强，一般也不需要钝化处理，因此可以提高在紫外波段的响应度和稳定性。AlGaN基材料属于直接带隙半导体，且禁带宽度随组分可调。
但是，发明人也注意到，基于AlGaN的同质结探测器电子和空穴离化系数相近，器件噪声功率太高，不利于弱光探测。基于AlGaN基的超晶格结构可以增强电子的离化系数，降低空穴的离化系数，大大降低了噪声，同时周期数可任意调节，以获得足够高的增益来探测弱光。但是，超晶格结构中电子的势垒过高，造成了载流子的束缚，使响应时间大大增长，不利于在对速度要求较高的场合中应用。
图1示意性示出了根据本发明实施例的AlGaN基渐变组分超晶格雪崩光电二极管100的结构示意图，其自下至上依次包括：衬底101、缓冲层102、n型层103、i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层104、第一p型层105、i型光敏吸收层106、以及第二p型层107。在第二p型层107上表面形成有p型欧姆电极108。n型层103及其上的各层形成倒“T”形结构，该结构沿垂直衬底方向的截面呈倒“T”形，包括与缓冲层102接触的底部和底部之上的竖直部分。该结构的底部包括第一部分n型层103。在该底部的上表面边缘设有n型欧姆电极109。该竖直部分包括第二部分n型层103及n型层103上的各层，该第二部分n型层103位于第一部分n型层103之上。该竖直部分的侧表面覆盖有钝化层110。根据本发明的实施例，钝化层110还可以延伸到第二p型层107的部分上表面和/或第一部分n型层103的部分上表面。
如图1所示，i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层104包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数。根据本发明的实施例，N可以是大于等于1且小于等于100的整数。每个周期结构包含势阱层、势垒层、以及位于势垒层与势阱层之间的组分渐变层。每个周期结构的组分渐变层的材料表示为AlyGa1-yN/AlcGa1-cN/AlzGa1-zN，其中0≤z＜y≤1，即，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。如图2所示，c从y到z的渐变方式包括但不限于线性变化、阶梯变化、指数变化、三角函数变化等。c从y到z的渐变方式可以包括先增大后减小的变化或先减小后增大的变化方式，也可以包括单调增加的变化方式。不论c采取何种变化方式，只需保证从y渐变到z即可。根据本发明的实施例，至少有一个组分渐变层的以下任意一项与其他组分渐变层的对应项不同：y值、z值、或c的变化方式。
使用这种光电二极管的探测器的工作特点在于，当经由p型欧姆电极108和n型欧姆电极109外加足够的反偏电压时，使i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层104中的i型超晶格的工作状态置于雪崩状态，在保证增强电子碰撞离化的同时，增强了电子的输运能力，改善了响应速度。这种探测器特别适用于紫外光的探测。
图3a～3j示出了根据本发明实施例的AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管的制造方法。
如图3a所示，选择适于生长AlGaN材料的衬底101。衬底101包括但不限于以下中的任意一种：GaN、AlN、蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、硅上生长的氧化铝复合衬底，硅上生长的氮化铝复合衬底、硅上生长的氧化锌复合衬底等。
如图3b所示，在该衬底101上生长AlxGa1-xN(0≤x≤1)低温缓冲层102。低温缓冲层102的厚度可以是10～1000nm。
如图3c所示，在上述缓冲层102上生长一层n型AlxGa1-xN(0≤x≤1)体材料层103。n型材料层103的厚度可以是1～10μm。
如图3d所示，在n型AlxGa1-xN(0≤x≤1)体材料层103上生长超晶格雪崩倍增层104，包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构1041～104N，N大于等于1。根据本发明的实施例，N可以是大于等于1且小于等于100的整数。
每个周期结构包含势阱层、势垒层、以及位于势垒层与势阱层之间的组分渐变层。势垒和/或势阱层的厚度分别可以为0～1000nm。根据本发明的实施例，可以省略势垒和/或势垒层。组分渐变层的厚度可以大于0且小于1000nm。
每个周期结构的组分渐变层的材料表示为AlyGa1-yN/AlcGa1-cN/AlzGa1-zN，其中0≤z＜y≤1，即，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至厚度D，c从y渐变至z。如图2所示，c从y到z的渐变方式包括但不限于线性变化、阶梯变化、指数变化、三角函数变化等。c从y到z的渐变方式可以包括先增大后减小的变化或先减小后增大的变化方式，也可以包括单调增加的变化方式。不论c采取何种变化方式，只需保证从y渐变到z即可。根据本发明的实施例，至少有一个组分渐变层的以下任意一项与其他组分渐变层的对应项不同：y值、z值、或c的变化方式。
如图3e所示，在超晶格雪崩倍增层104上生长第一p型材料AlxGa1-xN(0≤x≤1)层105。第一p型层105的厚度可以为0～1500nm。根据本发明的实施例，可以省略第一p型层105。
如图3f所示，在p型AlxGa1-xN(0≤x≤1)层105上生长一层i型AlpGa1-pN(0≤p≤1)光敏吸收层106。i型光敏吸收层106的厚度可以为0～3000nm。
如图3g所示，在i型光敏吸收层106上生长第二p型材料AlqGa1-qN(0≤q≤1)层107。第二p型层107的厚度可以为0～1500nm。
如图3h所示，使用刻蚀技术将层103的一部分和层104～107，形成倒“T”形结构，该结构沿垂直衬底方向的截面呈倒“T”形。该结构包括与缓冲层102接触的底部和底部之上的竖直部分。该倒“T”形结构的底部包括第一部分n型层103，该竖直部分包括第二部分n型层103及n型层103上的层104～107，该第二部分n型层103位于第一部分n型层103之上。所述刻蚀技术包括但不限于以下中的任一种：感应耦合等离子体(ICP)、反应离子刻蚀(RIE)、湿法刻蚀等。
如图3i所示，在第二p型层107上沉积p型欧姆电极108，在第一部分n型层103的边缘上沉积n型欧姆电极109。所述p型欧姆电极108包括但不限于以下中的任一种：Ni/Au透明电极、ITO透明电极、ZnO透明电极。所述n型欧姆电极109包括但不限于以下中的任一种：Ti/Al或Cr/Au等。
如图3j所示，在倒“T”形结构的竖直部分的侧表面上沉积钝化层110。根据本发明的实施例，钝化层110还可以延伸到第二p型层107的部分上表面和/或第一部分n型层103的部分上表面。沉积钝化层110方法包括但不限于等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)等。钝化层110的材料包括但不限于以下中的任一种：SiNx，SiO2，苯并环丁烯(BCB)等。
本发明具有以下一项或多项有益效果：
(1)使用渐变组分超晶格结构，在保持大的带阶同时，使电子势垒缓慢变化，有效缓解了势垒对电子的阻挡作用，在保持器件高增益的同时，大大增加了器件的响应速度。同时减轻了载流子在势垒的积聚，也减少了载流子在倍增层的复合，可以获得更好的倍增效果。
(2)组分渐变使能带缓慢变化，减少了电子在越过势垒时的能量损失，进一步增强了电子的碰撞离化能力，可以获得更高的k值，从而有效降低噪声。
(3)同时将碰撞离化控制在更容易发生雪崩的窄禁带区域内，即势阱区，其它区域禁带宽度较大，碰撞离化所需能量阈值较高，从而减少了雪崩过程的随机性，可以进一步降低噪声。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种半导体结构，自下至上依次包括：
衬底；
缓冲层；
n型层；
i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；
第一p型层；
i型光敏吸收层；以及
第二p型层，
其中，i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括沿垂直于衬底表面方向叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，c从y到z的渐变方式包括以下中的任一种：线性变化、阶梯变化、指数变化、或三角函数变化、单调变化、先增大后减小、或先减小后增大。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，至少有一个组分渐变层的以下任意一项与其他组分渐变层的对应项不同：y值、z值、或c的变化方式。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，至少有一个周期结构包括势阱层和/或势垒层，势阱层位于组分渐变层之上，势阱层位于组分渐变层之下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体结构，其中：
在第二p型层上表面形成有p型欧姆电极；
n型层及其上的各层形成倒“T”形结构，该倒“T”形结构具有沿垂直衬底方向呈倒“T”形的截面，并且包括与缓冲层接触的底部和底部之上的竖直部分，该倒“T”形结构的底部包括第一部分n型层，在该底部的上表面边缘设有n型欧姆电极。
6.根据权利要求5所述的半导体结构，其中：
所述竖直部分包括第二部分n型层及n型层上的各层，该第二部分n型层位于第一部分n型层之上，该竖直部分的侧表面覆盖有钝化层。
7.根据权利要求1所述的半导体结构，该半导体结构具有以下至少一项特征：
所述衬底包括以下中的任意一种：GaN、AlN、蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、硅上生长的氧化铝复合衬底，硅上生长的氮化铝复合衬底、或硅上生长的氧化锌复合衬底；
所述n型层包括AlxGa1-xN(0≤x≤1)，厚度为1～10μm；
N是大于等于1的整数；
组分渐变层的厚度小于1000nm；
第一p型层包括AlxGa1-xN(0≤x≤1)，厚度为0～1500nm；
i光敏吸收层包括AlpGa1-pN(0≤p≤1)，厚度为0～3000nm；或者
第二p型层包括AlqGa1-qN(0≤q≤1)，厚度为0～1500nm。
8.根据权利要求4所述的半导体结构，其中，势垒和势阱层的厚度分别为0～1000nm。
9.一种半导体结构的制造方法，包括：
提供衬底；
在衬底上形成缓冲层；
在缓冲层上形成n型层；
在n型层上形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层；
在i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层上形成第一p型层；
在第一p型层上形成i型光敏吸收层；以及
在i型光敏吸收层上形成第二p型层，
其中，形成i型AlGaN渐变组分超晶格倍增层包括：沿垂直于衬底表面方向形成叠置的N个周期结构1041～104N，N是大于等于1的整数，每个周期结构包括一个组分渐变层，组分渐变层的最下部的材料为AlyGa1-yN，最上部的材料为AlzGa1-zN，，其中0≤z＜y≤1，组分渐变层内任意位置的材料表示为AlcGa1-cN，随该位置到组分渐变层下表面的垂直距离d从0增加至该组分渐变层的厚度D，c从y渐变至z。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，c从y到z的渐变方式包括以下中的任一种：线性变化、阶梯变化、指数变化、或三角函数变化、单调变化、先增大后减小、或先减小后增大。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，至少有一个组分渐变层的以下任意一项与其他组分渐变层的对应项不同：y值、z值、或c的变化方式。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，在至少一个周期结构中形成势阱层和/或势垒层，势阱层位于组分渐变层之上，势阱层位于组分渐变层之下。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的方法，还包括：
刻蚀n型层及其上的各层形成倒“T”形结构，该倒“T”形结构具有沿垂直衬底方向呈倒“T”形的截面，并且包括与缓冲层接触的底部和底部之上的竖直部分，该倒“T”形结构的底部包括第一部分n型层；
在第二p型层上表面形成p型欧姆电极；以及
在该底部的上表面边缘形成n型欧姆电极。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述竖直部分包括第二部分n型层及n型层上的各层，该第二部分n型层位于第一部分n型层之上，该竖直部分的侧表面覆盖有钝化层。
15.根据权利要求9所述的方法，具有以下至少一项特征：
所述衬底包括以下中的任意一种：GaN、AlN、蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、硅上生长的氧化铝复合衬底，硅上生长的氮化铝复合衬底、或硅上生长的氧化锌复合衬底；
所述n型层包括AlxGa1-xN(0≤x≤1)，厚度为1～10μm；
N是大于等于1的整数；
组分渐变层的厚度小于1000nm；
第一p型层包括AlxGa1-xN(0≤x≤1)，厚度为0～1500nm；
i光敏吸收层包括AlpGa1-pN(0≤p≤1)，厚度为10～3000nm；或者
第二p型层包括AlqGa1-qN(0≤q≤1)，厚度为10～1500nm。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，势垒和势阱层的厚度分别为0～1000nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610112141.1A CN105742387B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610112141.1A CN105742387B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105742387A true CN105742387A (zh) | 2016-07-06 |
| CN105742387B CN105742387B (zh) | 2017-08-11 |
Family
ID=56248823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610112141.1A Active CN105742387B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105742387B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291895A (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-04 | 山东航天电子技术研究所 | 一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置 |
| CN108493301A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-09-04 | 南京大学 | AlGaN斜角台面APD器件刻蚀方法 |
| CN109786484A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 一种双异质结和复合钝化层的impatt二极管及其制作方法 |
| CN110047955A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-23 | 中山大学 | 一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器及其制备方法 |
| CN113451436A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-28 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01181578A (ja) * | 1988-01-12 | 1989-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシ・ホトダイオード |
| CN102157599A (zh) * | 2010-09-25 | 2011-08-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 用于雪崩光电二极管的能带递变倍增区结构及其制备方法 |
| CN104051561A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-09-17 | 东南大学 | 一种氮化镓基紫外雪崩光电探测器 |
| CN104167458A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-11-26 | 清华大学 | 紫外探测器及其制备方法 |
-
2016
- 2016-02-29 CN CN201610112141.1A patent/CN105742387B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01181578A (ja) * | 1988-01-12 | 1989-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシ・ホトダイオード |
| CN102157599A (zh) * | 2010-09-25 | 2011-08-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 用于雪崩光电二极管的能带递变倍增区结构及其制备方法 |
| CN104167458A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-11-26 | 清华大学 | 紫外探测器及其制备方法 |
| CN104051561A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-09-17 | 东南大学 | 一种氮化镓基紫外雪崩光电探测器 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291895A (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-04 | 山东航天电子技术研究所 | 一种大视场凝视型红外紫外双色预警装置 |
| CN108493301A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-09-04 | 南京大学 | AlGaN斜角台面APD器件刻蚀方法 |
| CN109786484A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 一种双异质结和复合钝化层的impatt二极管及其制作方法 |
| CN109786484B (zh) * | 2018-12-19 | 2020-12-01 | 西安电子科技大学 | 一种双异质结和复合钝化层的impatt二极管及其制作方法 |
| CN110047955A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-23 | 中山大学 | 一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器及其制备方法 |
| CN113451436A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-28 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种氮化物紫外雪崩光电探测器及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105742387B (zh) | 2017-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106409968B (zh) | AlGaN基超晶格雪崩型紫外探测器及其制备方法 | |
| CN106847933B (zh) | 单片集成紫外-红外双色雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| CN102386269B (zh) | GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器及其制备方法 | |
| Jiang et al. | Ultraviolet Schottky detector based on epitaxial ZnO thin film | |
| CN105742387B (zh) | AlGaN渐变组分超晶格雪崩光电二极管 | |
| JP4440615B2 (ja) | 苛酷な環境で使用するためのアバランシェ・フォトダイオード | |
| CN204130567U (zh) | 一种用于日盲紫外探测的雪崩光电二极管 | |
| CN105590971B (zh) | AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN107863403B (zh) | 一种高线性增益红外雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| CN107403848B (zh) | 一种背照式级联倍增雪崩光电二极管 | |
| CN106960885B (zh) | 一种pin结构紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN108022985A (zh) | 延伸波长台面型雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| CN108305911A (zh) | 吸收、倍增层分离结构的ⅲ族氮化物半导体雪崩光电探测器 | |
| CN110047955A (zh) | 一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器及其制备方法 | |
| Hu et al. | 4H-SiC visible-blind single-photon avalanche diode for ultraviolet detection at 280 and 350 nm | |
| Guo et al. | Visible-blind photodetector based on pin junction 4H-SiC vertical nanocone array | |
| CN107342344B (zh) | 一种紫外雪崩探测器及其制备方法 | |
| Dupuis et al. | Growth and fabrication of high-performance GaN-based ultraviolet avalanche photodiodes | |
| CN207705208U (zh) | 一种高线性增益红外雪崩光电二极管 | |
| CN206541827U (zh) | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管 | |
| CN106409965B (zh) | 一种高速饱和单行载流子紫外光电二极管及制备方法 | |
| Li et al. | Polarization-Assisted AlGaN Heterostructure-Based Solar-Blind Ultraviolet MSM Photodetectors With Enhanced Performance | |
| CN102074609B (zh) | 一种紫外雪崩光电二极管探测器及其制作方法 | |
| Gu et al. | Al 0.18 Ga 0.82 N/GaN Two-Dimensional Electron Gas-Based Ultraviolet Photodetectors With Symmetrical Interdigitated Structure | |
| CN108899380A (zh) | 红外半导体雪崩探测器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |