CN109037385A - 一种紫外雪崩光电二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种紫外雪崩光电二极管，包括：n型SiC衬底、p+欧姆接触层、n‑倍增层、n型电荷控制层、n‑吸收层、n型过渡层、n+欧姆接触层、p触点电极、n触点电极。本发明主要是SiC紫外雪崩光电二极管存在的阵列雪崩增益一致性较差、有效填充因子量小的问题，通过采用穿通型和SACM的空穴以及改良电极的方法，调控增益斜率和填充因子。本发明提供一种量子效率高、紫外与可见光抑制比好、可提高有效填充因子、暗计数低的紫外雪崩光电二极管。
Description
技术领域
本发明涉及光电传感器领域，尤其涉及一种紫外雪崩光电二极管。
背景技术
在紫外天文学、导弹雨焰检测、紫外通信等领域中，往往需要对紫外信号进行检测，尤其是针对微弱紫外信号的探测格外重要，而紫外光的波长为10～400nm，超出了可见光的波长范围，因此人的肉眼无法看到，一般的光探测器也无法进行准确的探测。为了满足各个领域对紫外探测的需求，各种紫外探测器件应运而生，其中紫外雪崩光电二极管尤其受到广大使用者的青睐。
由于紫外雪崩光电二极管具备量子效率高、内部增益高、尺寸小、运行消耗低、稳定性高、探测结果精确等优点，使其综合性能明显由于其他紫外探测器件。目前，许多紫外雪崩光电二极管采用Ⅲ族氮化物的半导体为材料进行制作，由此制成的器件具备一定的优点，但其位错密度较大，会产生暗电流，导致其性能和稳定性下降。因此，一种更为优异的材料4H-SiC，作为制作紫外雪崩光电二极管的理想材料被发现，其具备缺陷密度低，且材料生长和用于制作的工艺比较成熟的优点。
目前市场上已研制出许多能够进行单光子紫外探测的SiC紫外雪崩光电二极管，在一定程度上为各个领域的研究和使用提供了极大的便利，满足了许多使用者的需求，但现有的器件中仍旧存在着一些缺陷，需要进一步改进，以满足更高层次的需求。其缺点如下所示：(1)现有紫外雪崩光电二极管中的p型层由于其外延生长的影响，难以满足平面紫外雪崩光电二极管的制作要求；(2)受SiC紫外雪崩光电二极管的阵列雪崩增益一致性相对较差的不利影响，其阵列应用存在一定问题；(3)单光子探测会受到盖格模式下的高暗计数的影响，在该影响的作用下，其探测性能会有所下降。
发明内容
本发明的目的是解决SiC紫外雪崩光电二极管存在的阵列雪崩增益一致性较差、有效填充因子量小的问题，提供一种量子效率高、紫外与可见光抑制比好、可提高有效填充因子、暗计数低的紫外雪崩光电二极管。
本发明所采用的技术方案：一种紫外雪崩光电二极管，包括：n型SiC衬底、p+欧姆接触层、n-倍增层、n型电荷控制层、n-吸收层、n型过渡层、n+欧姆接触层、p触点电极、n触点电极，所述各层按照从下至上的顺序依次为n型SiC衬底、p+欧姆接触层、n-倍增层、n型电荷控制层、n-吸收层、n型过渡层、n+欧姆接触层，所述p触点电极位于p+欧姆接触层上；所述n触点电极位于n+欧姆接触层上。
所述n型SiC衬底半径为150μm。
所述p+欧姆接触层厚度为3.0μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度NA为6×1018cm-3。
所述n-倍增层厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3。
所述n型电荷控制层厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3。
所述n-吸收层厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3。
所述n型过渡层厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3。
所述n+欧姆接触层厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1019cm-3。
所述p触点电极与n触点电极采用树枝状顶层电极结构。
本发明有以下有益效果：(1)该二极管采用穿通型布置方式，使得发生雪崩击穿时，n-倍增层至n-吸收层都处在形成的电场范围内，促使n-吸收层产生光生载流子穿过n型电荷控制层并进入n-倍增层，在此形成光电流，相对于非穿通型，穿通型的吸收层会因处在电场而被基本消耗殆尽，但非穿通型的电场却并未覆盖到吸收层，这就使得在过载偏压变化时，穿通型紫外雪崩光电二极管倍增层的电场变化明显小于非穿通型倍增层的电场变化，所以穿通型紫外雪崩光电二极管受过载偏压的影响较小，那么其雪崩增益斜率也会更低，雪崩增益一致性也会更好；同时采用吸收层与倍增层相分离的separated absorptioncharge and multiplication(SACM)结构来减小雪崩增益斜率，该结构通过空穴引发雪崩过程。
(2)优化电极，采用树枝状顶层电极，由于SiC紫外雪崩光电二极管顶层的n+欧姆接触层存在一定电阻，采用树枝状的顶层电极，该电极与n+欧姆接触层有更大的接触面积，可使得正向电压减少，电流分布均匀，确保电场分布的均匀性和雪崩过程的正常发生，获得大的光电流；树枝状电极使得电压脉冲高度和暗、光计数都有所增大，进而调控填充因子与雪崩区域使二者增大。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中：1—n型SiC衬底，2—p+欧姆接触层，3—n-倍增层，4—n型电荷控制层，5—n-吸收层，6—n型过渡层，7—n+欧姆接触层，8—p触点电极，9—n触点电极。
具体实施方式
下面结合附图与具体实例对本发明进行详细说明。
如图1所示：本发明包括：n型SiC衬底(1)、p+欧姆接触层(2)、n-倍增层(3)、n型电荷控制层(4)、n-吸收层(5)、n型过渡层(6)、n+欧姆接触层(7)、p触点电极(8)、n触点电极(9)，所述各组成层按照下至上的顺序依次为n型SiC衬底(1)、p+欧姆接触层(2)、n-倍增层(3)、n型电荷控制层(4)、n-吸收层(5)、n型过渡层(6)、n+欧姆接触层(7)；所述n型SiC衬底(1)半径为150μm；所述p+欧姆接触层(2)厚度为3.0μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度NA为6×1018cm-3；所述n-倍增层(3)厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3；所述n型电荷控制层(4)厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3；所述n-吸收层(5)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3；所述n型过渡层(6)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3；所述n+欧姆接触层(7)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1019cm-3；所述p触点电极(8)位于p+欧姆接触层(2)上；所述n触点电极(9)位于n+欧姆接触层(7)上。
Claims (9)
1.一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：包括：n型SiC衬底(1)、p+欧姆接触层(2)、n-倍增层(3)、n型电荷控制层(4)、n-吸收层(5)、n型过渡层(6)、n+欧姆接触层(7)、p触点电极(8)、n触点电极(9)，所述各层按照从下至上的顺序依次为n型SiC衬底(1)、p+欧姆接触层(2)、n-倍增层(3)、n型电荷控制层(4)、n-吸收层(5)、n型过渡层(6)、n+欧姆接触层(7)；所述p触点电极(8)位于p+欧姆接触层(2)上；所述n触点电极(9)位于n+欧姆接触层(7)上。
2.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n型SiC衬底(1)半径为150μm。
3.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述p+欧姆接触层(2)厚度为3.0μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度NA为6×1018cm-3。
4.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n-倍增层(3)厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3。
5.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n型电荷控制层(4)厚度为0.2μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3。
6.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n-吸收层(5)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1015cm-3。
7.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n型过渡层(6)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为1×1018cm-3。
8.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述n+欧姆接触层(7)厚度为0.1μm，其Al离子单位体积内的掺杂浓度ND为2×1019cm-3。
9.如权利要求1所述的一种紫外雪崩光电二极管，其特征在于：所述p触点电极与n触点电极采用树枝状顶层电极结构。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110165012A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-23 | 河北工业大学 | 一种具有弧形增透作用的光电探测器结构及其制备方法 |
| CN113594275A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-02 | 南京信息工程大学滨江学院 | 一种新型双台面碳化硅sacm单光子探测器及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101030609A (zh) * | 2007-04-04 | 2007-09-05 | 厦门大学 | 一种δ掺杂4H－SiC雪崩紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN102386269A (zh) * | 2011-11-30 | 2012-03-21 | 清华大学 | GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器及其制备方法 |
| CN102832286A (zh) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种垂直结构双工作模式紫外探测器及其制备方法 |
| CN103022210A (zh) * | 2011-09-23 | 2013-04-03 | 吉富新能源科技(上海)有限公司 | 利用甲烷制作高效率非晶硅薄膜太阳能电池 |
| CN103400888A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-11-20 | 南京大学 | 高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 |
| CN105304748A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-02-03 | 厦门大学 | 双工作模式的4H-SiC紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN106847933A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN107170847A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 基于AlInAsSb体材料作倍增区的雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN207705208U (zh) * | 2017-11-28 | 2018-08-07 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种高线性增益红外雪崩光电二极管 |
-
2018
- 2018-08-09 CN CN201810919380.7A patent/CN109037385A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101030609A (zh) * | 2007-04-04 | 2007-09-05 | 厦门大学 | 一种δ掺杂4H－SiC雪崩紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN103022210A (zh) * | 2011-09-23 | 2013-04-03 | 吉富新能源科技(上海)有限公司 | 利用甲烷制作高效率非晶硅薄膜太阳能电池 |
| CN102386269A (zh) * | 2011-11-30 | 2012-03-21 | 清华大学 | GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器及其制备方法 |
| CN102832286A (zh) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种垂直结构双工作模式紫外探测器及其制备方法 |
| CN103400888A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-11-20 | 南京大学 | 高增益的AlGaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 |
| CN105304748A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-02-03 | 厦门大学 | 双工作模式的4H-SiC紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN106847933A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN107170847A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 基于AlInAsSb体材料作倍增区的雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN207705208U (zh) * | 2017-11-28 | 2018-08-07 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种高线性增益红外雪崩光电二极管 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110165012A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-23 | 河北工业大学 | 一种具有弧形增透作用的光电探测器结构及其制备方法 |
| CN113594275A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-02 | 南京信息工程大学滨江学院 | 一种新型双台面碳化硅sacm单光子探测器及其制备方法 |
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