CN109935655B - 一种AlGaN/SiC双色紫外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，包括N型SiC衬底层、N型重掺杂SiC欧姆层、非故意掺杂SiC吸收层、P型SiC欧姆接触层、非故意掺杂AlGaN吸收层、欧姆接触背电极、半透明肖特基电极、第一接触电极、第二接触电极和透明介质钝化层。本发明结合了AlGaN和SiC两种材料体系的优点，基于SiC材料的低的晶格缺陷、高的可见光盲紫外响应度以及与AlGaN材料间较小的晶格失配和热失配，采用AlGaN层作为日盲探测的吸收层和可见光盲探测的滤波层的设计，实现一种器件两种波段的探测，大大提高了探测器对目标物体的分辨能力。该器件的特点是结构简单、制作工艺与目前的LED工艺兼容，且探测波段可变，有利于进行紫外光谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，具体涉及一种AlGaN/SiC双色紫外探测器。
背景技术
新一代宽禁带半导体材料(禁带宽度>2.5eV)的出现，如：GaN、ZnO、金刚石及SiC等，为高性能紫外探测器的研究和应用开发注入了新的活力。在紫外探测应用领域，宽禁带半导体对紫外光的吸收由其禁带宽度所决定，因而具有天然的频段选择性而不需要加装滤波器，同时宽禁带半导体材料还通常具有导热性能好、电子漂移饱和速度高以及化学稳定性佳等优点，是制作紫外探测器件的理想材料。
其中AlGaN材料是目前研究最多，已有相应的商业化应用，其优点在于当Al组分≥0.4时可工作在日盲波段，已有基于AlGaN/GaN的双色紫外探测器报道，然而采用蓝宝石衬底的AlGaN材料晶格失配和热失配较大，导致其光谱响应度较低，暗电流较高，且由于蓝宝石的绝缘性只能制作平面结构，通常开启电压较高。SiC材料因其晶格缺陷密度低，禁带宽度宽，可以满足可见光盲紫外探测器的响应范围，目前已有相应高雪崩增益因子的紫外探测器的报道，然而采用SiC基器件实现日盲深紫外探测还需加装昂贵的滤波系统。所以单一的材料体系很难同时实现两种波段的探测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，实现了一种器件对可见光盲和日盲两种波段的探测，有效提高了探测器对目标物体的分辨能力。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，包括
N型SiC衬底层；
在所述N型SiC衬底层正面依次外延的N型重掺杂SiC欧姆层、非故意掺杂SiC吸收层、P型SiC欧姆接触层和非故意掺杂AlGaN吸收层，所述P型SiC欧姆接触层经刻蚀正面部分裸露；
在所述N型SiC衬底层背面设置的欧姆接触背电极；
在所述非故意掺杂AlGaN吸收层上设置的半透明肖特基电极；
在所述半透明肖特基电极上设置的第一接触电极，在所述P型SiC欧姆接触层裸露部分设置的第二接触电极，所述第一接触电极和第二接触电极上均刻蚀出引线孔；
在所述半透明肖特基电极和P型SiC欧姆接触层正面淀积的透明介质钝化层。
进一步改进在于，所述非故意掺杂AlGaN吸收层的Al组分≥0.4。
进一步改进在于，所述半透明肖特基电极为方形或者圆形，其材料为Ni/Au、Pt/Au或者石墨烯。
进一步改进在于，所述透明介质钝化层为SiO2层。
进一步改进在于，所述欧姆接触背电极、第一接触电极和第二接触电极均为Ti/Au电极。
进一步改进在于，所述N型SiC衬底层的厚度为350μm，载流子浓度为1×1017cm-3，所述N型重掺杂SiC欧姆层的厚度为2μm，掺杂浓度为1×1019cm-3，所述非故意掺杂SiC吸收层的厚度为1μm，所述P型SiC欧姆接触层的厚度为200nm，掺杂浓度2×1019cm-3，所述非故意掺杂AlGaN吸收层的厚度为1μm，且其中Al组分为0.4，Ga组分为0.6，所述欧姆接触背电极的厚度为1um，所述透明介质钝化层的厚度为200nm，所述所述第一接触电极和第二接触电极的厚度均为1um。
进一步改进在于，所述欧姆接触背电极是采用电子束蒸发方法制作而成。
进一步改进在于，所述半透明肖特基电极是采用电子束蒸发方法制作而成。
进一步改进在于，所述引线孔是采用湿法化学腐蚀的方法刻蚀而成。
本发明的原理及有益效果在于：本发明结合了AlGaN和SiC两种材料体系的优点，基于SiC材料的低的晶格缺陷、高的可见光盲紫外响应度以及与AlGaN材料间较小的晶格失配和热失配，采用AlGaN层作为日盲探测的吸收层和可见光盲探测的滤波层的设计，实现一种器件两种波段的探测，大大提高了探测器对目标物体的分辨能力。该器件的特点是结构简单、制作工艺与目前的LED工艺兼容，且探测波段可变，有利于进行紫外光谱分析。
附图说明
图1为本发明一种AlGaN/SiC双色紫外探测器的结构示意图；
图2为本发明一种AlGaN/SiC双色紫外探测器的肖特基电极结构图；
图中：101、N型SiC衬底层；102、N型重掺杂SiC欧姆层；103、非故意掺杂SiC吸收层；104、P型SiC欧姆接触层；105、非故意掺杂AlGaN吸收层；106、欧姆接触背电极；107、半透明肖特基电极；108、透明介质钝化层；109、第一接触电极；110、第二接触电极。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，本实施例采用的N型SiC衬底层101，厚度为350μm，载流子浓度为1×1017cm-3；在N型SiC衬底层101正面依次外延2μm厚的N型重掺杂SiC欧姆层102，掺杂浓度为1×1019cm-3；1μm厚的非故意掺杂SiC吸收层103；200nm厚的P型SiC欧姆接触层104，掺杂浓度2×1019cm-3；最后外延一层1μm厚的非故意掺杂AlGaN吸收层105(此处为非故意掺杂Al0.4Ga0.6N吸收层)。采用电子束蒸发在整个外延结构背面制作一层1um厚的Ti/Au欧姆接触背电极106；在非故意掺杂Al0.4Ga0.6N吸收层表面采用电子束蒸发制作Ni(2.5nm)/Au(2.5nm)半透明肖特基电极107。
如图2所示，本实施例采用的半透明肖特基电极107为方形；采用ICP(电感耦合等离子体)刻蚀非故意掺杂Al0.4Ga0.6N吸收层至P型SiC欧姆接触层104表面；采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)在整个器件表面淀积一层200nm的SiO2透明介质钝化层108；采用湿法化学腐蚀的方法刻蚀出引线孔(图中未示出)；最后采用电子束蒸发制作两个1um厚的Ti/Au接触电极，第一接触电极109设置在半透明肖特基电极107上，第二接触电极110设置在P型SiC欧姆接触层104上。
该新型AlGaN/SiC双色紫外探测器的工作时：当第一接触电极109和第二接触电极110加反向偏压时，探测器工作在日盲紫外波段；当欧姆接触背电极106和第二接触电极110加反向偏压时，探测器工作在可见光盲紫外波段。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：包括
N型SiC衬底层（101）；
在所述N型SiC衬底层（101）正面依次外延的N型重掺杂SiC欧姆层（102）、非故意掺杂SiC吸收层（103）、P型SiC欧姆接触层（104）和非故意掺杂AlGaN吸收层（105），所述P型SiC欧姆接触层（104）经刻蚀正面部分裸露，所述非故意掺杂AlGaN吸收层（105）的Al组分≥0.4；
在所述N型SiC衬底层（101）背面设置的欧姆接触背电极（106）；
在所述非故意掺杂AlGaN吸收层（105）上设置的半透明肖特基电极（107）；
在所述半透明肖特基电极（107）上设置的第一接触电极（109），在所述P型SiC欧姆接触层（104）裸露部分设置的第二接触电极（110），所述第一接触电极（109）和第二接触电极（110）上均刻蚀出引线孔；
在所述半透明肖特基电极（107）和P型SiC欧姆接触层（104）正面淀积的透明介质钝化层（108）。
2.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述半透明肖特基电极（107）为方形或者圆形，其材料为Ni/Au、Pt/Au或者石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述透明介质钝化层（108）为SiO2层。
4.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述欧姆接触背电极（106）、第一接触电极（109）和第二接触电极（110）均为Ti/Au电极。
5.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述N型SiC衬底层（101）的厚度为350μm，载流子浓度为1×1017cm-3，所述N型重掺杂SiC欧姆层（102）的厚度为2μm，掺杂浓度为1×1019cm-3，所述非故意掺杂SiC吸收层（103）的厚度为1μm，所述P型SiC欧姆接触层（104）的厚度为200nm，掺杂浓度2×1019cm-3，所述非故意掺杂AlGaN吸收层（105）的厚度为1μm，且其中Al组分为0.4，Ga组分为0.6，所述欧姆接触背电极（106）的厚度为1um，所述透明介质钝化层（108）的厚度为200nm，所述第一接触电极（109）和第二接触电极（110）的厚度均为1um。
6.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述欧姆接触背电极（106）是采用电子束蒸发方法制作而成。
7.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述半透明肖特基电极（107）是采用电子束蒸发方法制作而成。
8.根据权利要求1所述的一种AlGaN/SiC双色紫外探测器，其特征在于：所述引线孔是采用湿法化学腐蚀的方法刻蚀而成。
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