CN110047955B - 一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，包括衬底，在衬底上生长的外延结构；所述外延结构包括i型AlmGa1‑mN/AlnGa1‑nN超晶格倍增层；所述i型AlmGa1‑mN/AlnGa1‑nN超晶格倍增层呈梯度阱厚结构，由较低Al组分的AlmGa1‑mN阱层和较高Al组分的AlnGa1‑nN垒层循环交替构成，AlnGa1‑nN垒层厚度保持不变，AlmGa1‑mN阱层厚度由衬底侧至上逐渐增加。其有益效果在于：本发明提供的光电二极管探测器不仅可以获得更高的增益，而且有利于抑制过剩噪声，降低雪崩工作电压，增强器件工作时的可靠性；同时，本发明也提供了所述光电二极管探测器的制备方法，其制备方法简单可行。
Description
技术领域
本发明涉及Ⅲ族氮化物半导体紫外光电探测器的技术领域，更具体地，涉及一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器及其制备方法。
背景技术
地球上的紫外光波长分布在10-400nm，太阳是最重要的自然紫外线辐射源，其中波长200-280nm的紫外辐射由于被地球平流层中的臭氧强烈吸收，难以透过大气层到达地面，被定义为日盲区。由于大气层的吸收作用，紫外探测尤其是日盲探测具有低背景噪声的天然优势。但与此同时，紫外探测也具有信号微弱的缺点。一直以来，主流紫外探测器多采用紫外光电倍增管(Ultraviolet Photomultiplier Tubes，UV-PMT)或硅基固态探测器。PMT利用二次电子发射效应将微弱光信号转换成放大的电信号，通常倍增增益高达106，具有非常高的灵敏度。然而，PMT内部结构十分复杂，相对半导体器件而言体积庞大，易碎，工作电压甚至高达1000V；硅基固体探测器结构简单，造价低廉。然而，无论是PMT还是硅基固体探测器，用于紫外探测时都需要外置紫外带通滤波片以排除背景可见光的影响。这不仅提高了制造成本，而且降低了探测效率。
第三代宽禁带半导体材料制备技术的发展给紫外光电探测技术带来了新的机遇。III族氮化物半导体材料(包括氮化铟InN、氮化镓GaN、氮化铝AlN，以及它们相互组成的三元或者四元化合物)，具有直接带隙、禁带宽度大、电子漂移速度高、介电常数低、耐高温、耐腐蚀、抗辐射、导热性好等优势，尤其适用于抗辐射、高频率、大功率和集成密度高的电子、光电子器件的制作。多元III族氮化物半导体材料的禁带宽度是可调的，其中，三元化合物AlGaN通过调节Al组分与Ga组分的比例可使其对应的吸收波长范围从200到365nm变化，从而完全覆盖日盲区和可见光盲区的波段，是制备紫外探测器件的首选材料。
由于紫外信号通常比较微弱，为了实现微弱信号的探测，需要使用具有内部增益效应的探测器。雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)以其高增益、低噪声的优点成为固态紫外光电探测领域的典型代表。当加在PN结上的反向电压逐渐增加时，空间电荷区的电场强度也随之增强，载流子从电场获得的能量也逐渐增大。当载流子获得的能量足够在与晶格原子的碰撞过程中使价带的电子激发到导带，形成新电子空穴对，就产生了“碰撞电离”。原来的电子和空穴与新产生的电子和空穴在电场的作用下，在相反的方向上重新获得能量，继续发生碰撞电离产生更多电子空穴对，其宏观表现如同PMT一样产生雪崩式倍增，最终电极收集到的载流子远远多于光激发产生的载流子，实现了内部增益。
在雪崩光电二极管中，载流子在电场的作用下发生碰撞电离，碰撞电离的发生是有随机性的，这种随机性引起的噪声称为过剩噪声或倍增噪声。过剩噪声与增益的3次方成正比，在高增益器件中很大程度地影响了信噪比。研究表明，提高碰撞电离的确定性可以抑制过剩噪声，一般可通过调控载流子的碰撞电离特性来实现。对于传统结构的雪崩光电二极管，光吸收和雪崩倍增都在空间电荷区进行，产生的光生电子和空穴都会触发碰撞电离，从理论上分析，这不利于抑制APD的噪声。针对这一问题，研究者提出了一种吸收倍增区分离(Separate Absorption and Multiplication，SAM)的结构，其主要特点是在空间电荷区中插入电荷层，使得电荷层两端的电场大小发生变化，其中低电场一端作为吸收区，高电场一端作为倍增区，光在吸收区产生光生载流子，由于电子和空穴在电场作用下漂移方向相反，理论上可以起到促进一种载流子同时抑制另一种载流子进入倍增区触发碰撞电离的作用，从而减小过剩噪声，提高器件增益。
目前，AlGaN基SAM结构APD多采用背入射结构(即光信号从衬底一侧入射)，利用空穴触发碰撞电离以实现更高的增益。但在实际器件中，SAM结构APD依然难以实现纯粹的单种载流子雪崩倍增。因此，通过器件结构设计进一步抑制APD的噪声是十分必要的。
另一方面，APD作为一种倍增区电场场强触发工作的器件，在结构设计上是期望在相同工作偏压下可产生较高的电场强度，这样可降低APD的雪崩工作电压，减轻电源电路的负担。对于AlGaN基紫外APD，由于AlGaN外延层中存在较高密度的位错，降低工作电压更是有利于减少器件在高偏压下因位错所导致的暗电流，同时增强器件工作的可靠性。针对上述AlGaN基紫外APD所面临的问题，本发明提出了一种可降低雪崩工作电压、抑制雪崩过剩噪声的AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器结构及其制备方法。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，结构设计合理不仅可以获得更多增益，还可以达到抑制雪崩过剩噪声、降低雪崩工作电压的效果。
另一方面，本申请也提供了一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器的制备方法，采用科学合理的方式制备AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其制得的光电二极管探测器能够获得较多增益，还可抑制雪崩过剩噪声、降低雪崩工作电压。
本发明采取的技术方案是：提供一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，包括衬底，在衬底上生长的外延结构；所述外延结构由衬底向上依次为i型AlN缓冲层、i型AlGaN过渡层、n型AlxGa1-xN欧姆接触层、i型AlyGa1-yN吸收层、n型AlyGa1-yN电荷层、i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层、p型AlyGa1-yN欧姆接触层；所述光电二极管探测器还包括欧姆接触电极，所述欧姆接触电极包括从所述n型AlxGa1-xN欧姆接触层上引出的n型欧姆接触电极和从所述p型AlyGa1-yN欧姆接触层上引出的p型欧姆接触电极；所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层呈梯度阱厚结构，由较低Al组分的AlmGa1-mN阱层和较高Al组分的AlnGa1-nN垒层循环交替构成，AlnGa1-nN垒层厚度保持不变，AlmGa1-mN阱层厚度由衬底侧至上逐渐增加。
在量子阱中，由于量子限制效应，能带表现为分立的能级，阱层宽度越窄，导带中电子的基带(价带中空穴的基带)E1越高(越低)，即相当于价带与导带间的带隙越大；而阱层宽度越宽，导带中电子的基带(价带中空穴的基带)E1越低(越高)，即相当于价带与导带间的带隙越小。
本发明中，所述光电二极管探测器为AlGaN基SAM结构APD器件，其倍增层由梯度阱厚超晶格结构构成，包括较低Al组分的阱层和较高Al组分的垒层，其中，垒层厚度保持不变，阱层厚度由衬底一侧至上逐渐增大，阱内电子和空穴基带E1之间的势能差值逐渐降低，相当于阱的带隙逐渐减小。由于n型欧姆接触电极为正电极、p型欧姆接触电极为负电极，在阱层内产生的光生电子向势能差增大的方向(即n型欧姆接触电极一侧)移动，发生碰撞电离所需的能量更大，电子碰撞电离得到抑制；而空穴向势能差减小的方向(即p型欧姆接触电极一侧)移动，发生碰撞电离所需的能量减小，有利于其发生碰撞电离。另一方面，每一阱层和垒层之间会形成带阶，电子向n型区的方向移动，导带的带阶逐渐增大，克服带阶的阻力所损耗的能量也增大，因而降低了其碰撞电离的发生率；与此相反，空穴向p区的方向移动，价带的带阶逐渐降低，其落差为空穴提供了额外的能量，从而促进了空穴的碰撞电离。
综上所述，本发明中的阱层带隙和阱垒层带阶的梯度变化都有利于AlGaN材料中碰撞电离系数更大的空穴发生碰撞电离而抑制电子发生碰撞电离；另外，这种梯度阱厚的超晶格结构，其阱层带隙的渐变还增加了倍增层内的电场强度，有利于降低雪崩工作电压。所以，本发明提供的AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器不仅可以获得更高的增益，而且有利于抑制过剩噪声，降低雪崩工作电压，增强器件工作时的可靠性。
进一步的，所述AlnGa1-nN垒层单层厚度范围为2～10nm；所述AlmGa1-mN阱层厚度由衬底侧至上按台阶d逐渐增加，0.5nm≤d≤2nm，单层厚度范围为2～15nm。
进一步的，所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层中电子浓度为1×1016～2×1017cm-3，总厚度为80～200nm。本发明中，所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层作为产生雪崩增益的主要结构单元，其厚度太薄不容易发生雪崩增益，太厚又需要很高的工作偏压。
进一步的，x、y满足0.1<y<x；m、n满足0.1<m<n且n-m>0.1。本发明中，x与y的关系满足y<x，是为了保证从衬底一侧入射的光能透过n型AlxGa1-xN欧姆接触层被i型AlyGa1-yN吸收层吸收，必须满足y<x，同理m<n；另外，为了形成良好的势垒层和势阱层，如果m、n相差太小，势垒和势阱在能带结构上相差不大，倍增层无法形成具有很好效果的超晶格结构，所以还需要满足n-m>0.1。
进一步的，所述衬底禁带宽度大于紫外入射光的能量。本发明中，紫外入射光的波长范围为200～360nm，所述光电二极管探测器在使用过程中，光需要从衬底一侧入射，所述衬底禁带宽度大于紫外入射光的能量，可以确保光不会被衬底所吸收，能透过衬底。
进一步的，所述n型欧姆接触电极和/或p型欧姆接触电极为环形接触电极。
进一步的，所述外延结构在n型AlxGa1-xN欧姆接触层处呈台形结构，所述n型欧姆接触电极设置在n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)上表面的台型边缘处。
进一步的，所述i型AlN缓冲层为低温或者高温生长的非故意掺杂AlN，厚度为0.4～3μm；所述i型AlGaN过渡层为非故意掺杂，兼作光入射窗口层，厚度为100～500nm；所述n型AlxGa1-xN欧姆接触层为n型掺杂的光入射窗口层，电子浓度为2×1018～5×1018cm-3，厚度为200～600nm；所述i型AlyGa1-yN吸收层为非故意掺杂的光吸收层，电子浓度为1×1016～2×1017cm-3，厚度为100～200nm；所述n型AlyGa1-yN电荷层为n型掺杂的吸收倍增区分离层，电子浓度为8×1017～3×1018cm-3，厚度为30～60nm。
进一步的，所述p型AlyGa1-yN欧姆接触层为p型掺杂的接触层，空穴浓度为1×1018～5×1018cm-3，厚度为100～200nm。
一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：在p型AlyGa1-yN欧姆接触层上旋涂一层光刻胶，采用配有雪崩光电二极管图形的光刻版对所述光刻胶进行光刻显影后，暴露出需要刻蚀的AlyGa1-yN层部分，而其余未显影的光刻胶层作为一次掩膜；
S2：使用干法刻蚀技术来刻蚀暴露的外延结构，刻蚀至n型AlxGa1-xN欧姆接触层处，形成台型结构；
S3：对干法刻蚀后的光电二极管探测器在纯氮气氛围保护下进行快速热退火处理及湿法处理，以恢复干法刻蚀在所刻蚀的AlGaN外延结构表面上造成的损伤；
S4：采用光刻、真空蒸镀技术将n型欧姆接触电极的金属层组合沉积在n型AlxGa1- xN欧姆接触层的上表面的台型边缘处，并通过剥离工艺去除n型欧姆接触电极图形之外的沉积金属层；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S5：采用光刻、真空蒸镀技术将p型欧姆接触电极沉积在p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)的上表面边缘处；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S6：利用有机溶液、去离子水清洗光电二极管探测器的表面，再采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法在光电二极管探测器的表面镀制氧化硅或氮化物钝化薄膜，以保护除所述欧姆接触电极以外的光电二极管探测器表面。
每项权利要求需针对其工作原理及进一步要解决的技术问题进行论述。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其倍增层为由梯度阱厚超晶格结构构成，包括较低Al组分的阱层和较高Al组分的垒层，其中，垒层厚度保持不变，阱层厚度由衬底一侧至上逐渐增大，阱层带隙和阱垒层带阶的梯度变化都有利于AlGaN材料中碰撞电离系数更大的空穴发生碰撞电离而抑制电子发生碰撞电离；另外，这种梯度阱厚的超晶格结构，其阱层带隙的渐变还增加了倍增层内的电场强度，有利于降低雪崩工作电压。总之，本发明提供的AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器不仅可以获得更高的增益，而且有利于抑制过剩噪声，降低雪崩工作电压，增强器件工作时的可靠性；同时，本发明也提供了所述光电二极管探测器的制备方法，其制备方法简单可行。
附图说明
图1为本发明所述的光电二极管探测器的结构示意图1；
图2位本发明所述的光电二极管探测器的结构示意图2；
图3为本发明所述的光电二极管探测器的倍增层结构示意图；
图4为本发明倍增层中超晶格内部能带结构示意图；
图5为实施例1中的对比例所述光电二极管探测器的结构示意图；
图6为实施例1与对比例的光暗电流曲线示意图；
图7为实施例1与对比例的增益曲线示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，包括蓝宝石衬底101，在衬底上生长的外延结构；所述外延结构由衬底向上依次为i型AlN缓冲层102、i型Al0.6Ga0.4N过渡层103、n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104、i型Al0.4Ga0.6N吸收层105、n型Al0.4Ga0.6N电荷层106、i型Al0.4Ga0.6N/Al0.55Ga0.45N超晶格倍增层107、p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层108；所述光电二极管探测器还包括欧姆接触电极，所述欧姆接触电极包括从所述n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104上引出的n型欧姆接触电极109和从所述p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层108上引出的p型欧姆接触电极110；如图3、图4所示，所述i型Al0.4Ga0.6N/Al0.55Ga0.45N超晶格倍增层107呈梯度阱厚结构，由较低Al组分的Al0.4Ga0.6N阱层202和较高Al组分的Al0.55Ga0.45N垒层201循环交替构成，Al0.55Ga0.45N垒层201厚度保持不变，Al0.4Ga0.6N阱层202厚度由衬底侧至上逐渐增加。
进一步的，所述Al0.55Ga0.45N垒层201单层厚度保持不变为5nm；所述Al0.4Ga0.6N阱层202厚度由衬底侧至上按台阶d逐渐增加，d＝1nm，其单层厚度由下至上分别为：3nm(107-2-1)、4nm(107-2-2)、5nm(107-2-3)、6nm(107-2-4)、7nm(107-2-5)、8nm(107-2-6)、9nm(107-2-7)、10nm(107-2-8)。
进一步的，所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层107中电子浓度为8×1016cm-3，总厚度为97nm。
进一步的，所述衬底禁带宽度大于紫外入射光的能量。
进一步的，所述n型欧姆接触电极109为厚度
的Ti/Al/Ni/Au金属合金，所述p型欧姆接触电极110为厚度
的Ni/Au金属合金；所述n型欧姆接触电极109和p型欧姆接触电极110为环形接触电极。
进一步的，所述外延结构在n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104处呈台形结构，所述n型欧姆接触电极109设置在n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104上表面的台型边缘处。
进一步的，所述i型AlN缓冲层102为20nm厚的低温生长和500nm厚的高温生长非故意掺杂AlN；所述i型Al0.6Ga0.4N过渡层103为非故意掺杂，兼作光入射窗口层，厚度为400nm；所述n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104为n型Si掺杂的光入射窗口层，电子浓度为2×1018cm-3，厚度为400nm；所述i型Al0.4Ga0.6N吸收层105为非故意掺杂的光吸收层，电子浓度为8×1016cm-3，厚度为120nm；所述n型Al0.4Ga0.6N电荷层106为n型Si掺杂的吸收倍增区分离层，电子浓度为1×1018cm-3，厚度为50nm。
进一步的，所述p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层108为p型Mg掺杂的接触层，空穴浓度为1×1018cm-3，厚度为120nm。
一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：在p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层108上旋涂一层光刻胶，采用配有雪崩光电二极管图形的光刻版对所述光刻胶进行光刻显影后，暴露出需要刻蚀的Al0.4Ga0.6N层部分，而其余未显影的光刻胶层作为一次掩膜；
S2：使用干法刻蚀技术来刻蚀暴露的外延结构，刻蚀至n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104处，形成台型结构；
S3：对干法刻蚀后的光电二极管探测器在纯氮气氛围保护下进行快速热退火处理及湿法处理，以恢复干法刻蚀在所刻蚀的AlGaN外延结构表面上造成的损伤；
S4：采用光刻、真空蒸镀技术将n型欧姆接触电极的金属层组合沉积在n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层104的上表面的台型边缘处，并通过剥离工艺去除n型欧姆接触电极图形之外的沉积金属层；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S5：采用光刻、真空蒸镀技术将p型欧姆接触电极沉积在p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层108的上表面边缘处；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S6：利用有机溶液、去离子水清洗光电二极管探测器的表面，再采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法在光电二极管探测器的表面镀制氧化硅或氮化物钝化薄膜，以保护除所述欧姆接触电极以外的光电二极管探测器表面。
为了验证本发明提供的光电二极管探测器所具有的有益效果，本实施里提供了一种采用传统吸收倍增区分离结构的光电二极管探测器作为对比例，如图5所示，其具体包括蓝宝石衬底401及在衬底上生长的外延层，其结构由下至上依次为：20nm厚的低温生长和500nm厚的高温生长非故意掺杂i型AlN缓冲层402、400nm厚的非故意掺杂i型Al0.6Ga0.4N过渡层403、400nm厚的Si掺杂n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层404、120nm厚的非故意掺杂i型Al0.4Ga0.6N吸收层405、50nm厚的Si掺杂n型Al0.4Ga0.6N电荷层406、97nm厚的非故意掺杂i型Al0.4Ga0.6N倍增层407、120nm厚的Mg掺杂p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层408及分布于n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层上的n型欧姆接触电极409和p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层上的p型欧姆接触电极410。其中，n型Al0.6Ga0.4N欧姆接触层404的电子浓度为2×1018cm-3、i型Al0.4Ga0.6N吸收层405的电子浓度为8×1016cm-3、n型Al0.4Ga0.6N电荷层406的电子浓度为1×1018cm-3、i型Al0.4Ga0.6N倍增层407的电子浓度为8×1016cm-3、p型Al0.4Ga0.6N欧姆接触层408的空穴浓度为1×1018cm-3。n型欧姆接触电极409为厚度
的Ti/Al/Ni/Au金属合金，p型欧姆接触电极410为厚度
的Ni/Au金属合金。
如图6所示为Silvaco模拟软件下，实施例与对比例的光暗电流曲线，由此可知，实施例1所制备的光电二极管探测器，与对比例的传统吸收倍增区分离型的光电二极管探测器相比，具有更高的雪崩倍增光电流、更低的雪崩工作电压。
如图7所示为根据光暗电流曲线计算得出的实施例与对比例的增益曲线，由此可知，
实施例1中所制备的光电二极管探测器，较对比例的传统吸收倍增区分离型光电二极管探测器，最大增益由13933(@137V)提高到21700(@134V)。
实施例2
本实施例提供的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，包括蓝宝石衬底(101)，在衬底上生长的外延结构；所述外延结构由衬底向上依次为i型AlN缓冲层102、i型Al0.5Ga05N过渡层103、n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104、i型Al0.3Ga0.7N吸收层105、n型Al0.3Ga0.7N电荷层106、i型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N超晶格倍增层107、p型Al0.3Ga0.7N欧姆接触层108；所述光电二极管探测器还包括欧姆接触电极，所述欧姆接触电极包括从所述n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104上引出的n型欧姆接触电极109和从所述p型Al0.3Ga0.7N欧姆接触层108上引出的p型欧姆接触电极110；所述i型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N超晶格倍增层107呈梯度阱厚结构，由较低Al组分的Al0.3Ga0.7N阱层202和较高Al组分的Al0.5Ga0.5N垒层201循环交替构成，Al0.5Ga0.5N垒层201厚度保持不变，Al0.3Ga0.7N阱层202厚度由衬底侧至上逐渐增加。
进一步的，所述Al0.5Ga0.5N垒层201单层厚度保持不变为8nm；所述Al0.3Ga0.7N阱层202厚度由衬底侧至上按台阶d逐渐增加，d＝2nm，其单层厚度由下至上分别为：2nm(107-2-1)、4nm(107-2-2)、6nm(107-2-3)、8nm(107-2-4)、10nm(107-2-5)、12nm(107-2-6)、14nm(107-2-7)、16nm(107-2-8)。
进一步的，所述i型Al0.3Ga0.7N/Al0.5Ga0.5N超晶格倍增层107中电子浓度为1×1017cm-3，总厚度为144nm。
进一步的，所述衬底禁带宽度大于紫外入射光的能量。
进一步的，所述n型欧姆接触电极109为厚度
的Ti/Al/Ni/Au金属合金，所述p型欧姆接触电极110为厚度
的Ni/Au金属合金；所述n型欧姆接触电极109和p型欧姆接触电极110为环形接触电极。
进一步的，所述外延结构在n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104处呈台形结构，所述n型欧姆接触电极109设置在n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104上表面的台型边缘处。
进一步的，所述i型AlN缓冲层102为40nm厚的低温生长和900nm厚的高温生长非故意掺杂AlN；所述i型Al0.5Ga0.5N过渡层103为非故意掺杂，兼作光入射窗口层，厚度为100nm；所述n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104为n型Si掺杂的光入射窗口层，电子浓度为4×1018cm-3，厚度为500nm；所述i型Al0.3Ga0.7N吸收层105为非故意掺杂的光吸收层，电子浓度为1×1017cm-3，厚度为180nm；所述n型Al0.3Ga0.7N电荷层106为n型Si掺杂的吸收倍增区分离层，电子浓度为9×1017cm-3，厚度为30nm。
进一步的，所述p型Al0.3Ga0.7N欧姆接触层108为p型Mg掺杂的接触层，空穴浓度为4×1018cm-3，厚度为180nm。
一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：在p型Al0.3Ga0.7N欧姆接触层108上旋涂一层光刻胶，采用配有雪崩光电二极管图形的光刻版对所述光刻胶进行光刻显影后，暴露出需要刻蚀的Al0.3Ga0.7N层部分，而其余未显影的光刻胶层作为一次掩膜；
S2：使用干法刻蚀技术来刻蚀暴露的外延结构，刻蚀至n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104处，形成台型结构；
S3：对干法刻蚀后的光电二极管探测器在纯氮气氛围保护下进行快速热退火处理及湿法处理，以恢复干法刻蚀在所刻蚀的AlGaN外延结构表面上造成的损伤；
S4：采用光刻、真空蒸镀技术将n型欧姆接触电极的金属层组合沉积在n型Al0.5Ga0.5N欧姆接触层104的上表面的台型边缘处，并通过剥离工艺去除n型欧姆接触电极图形之外的沉积金属层；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S5：采用光刻、真空蒸镀技术将p型欧姆接触电极沉积在p型Al0.3Ga0.7N欧姆接触层108的上表面边缘处；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S6：利用有机溶液、去离子水清洗光电二极管探测器的表面，再采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法在光电二极管探测器的表面镀制氧化硅或氮化物钝化薄膜，以保护除所述欧姆接触电极以外的光电二极管探测器表面。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，包括衬底(101)，在衬底上生长的外延结构；
所述外延结构由衬底向上依次为i型AlN缓冲层(102)、i型AlGaN过渡层(103)、n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)、i型AlyGa1-yN吸收层(105)、n型AlyGa1-yN电荷层(106)、i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层(107)、p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)；
所述光电二极管探测器还包括欧姆接触电极，所述欧姆接触电极包括从所述n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)上引出的n型欧姆接触电极(109)和从所述p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)上引出的p型欧姆接触电极(110)；
所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层(107)呈梯度阱厚结构，由较低Al组分的AlmGa1-mN阱层(202)和较高Al组分的AlnGa1-nN垒层(201)循环交替构成，AlnGa1-nN垒层(201)厚度保持不变，AlmGa1-mN阱层(202)厚度由衬底侧至上逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述AlnGa1-nN垒层(201)单层厚度范围为2～10nm；所述AlmGa1-mN阱层(202)厚度由衬底侧至上按台阶d逐渐增加，0.5nm≤d≤2nm，单层厚度范围为2～15nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述i型AlmGa1-mN/AlnGa1-nN超晶格倍增层(107)中电子浓度为1×1016～2×1017cm-3，总厚度为80～200nm。
4.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，x、y满足0.1<y<x；m、n满足0.1<m<n且n-m>0.1。
5.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述衬底(101)禁带宽度大于紫外入射光的能量。
6.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述n型欧姆接触电极(109)和/或p型欧姆接触电极(110)为环形接触电极。
7.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述外延结构在n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)处呈台形结构，所述n型欧姆接触电极(109)设置在n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)上表面的台型边缘处。
8.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述i型AlN缓冲层(102)为低温或者高温生长的非故意掺杂AlN，厚度为0.4～3μm；所述i型AlGaN过渡层(103)为非故意掺杂，兼作光入射窗口层，厚度为100～500nm；所述n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)为n型掺杂的光入射窗口层，电子浓度为2×1018～5×1018cm-3，厚度为200～600nm；所述i型AlyGa1-yN吸收层(105)为非故意掺杂的光吸收层，电子浓度为1×1016～2×1017cm-3，厚度为100～200nm；所述n型AlyGa1-yN电荷层(106)为n型掺杂的吸收倍增区分离层，电子浓度为8×1017～3×1018cm-3，厚度为30～60nm。
9.根据权利要求1所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器，其特征在于，所述p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)为p型掺杂的接触层，空穴浓度为1×1018～5×1018cm-3，厚度为100～200nm。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种AlGaN紫外雪崩光电二极管探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在所述p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)上旋涂一层光刻胶，采用配有紫外雪崩光电二极管图形的光刻版对所述光刻胶进行光刻显影后，暴露出需要刻蚀的P型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)部分，而其余未显影的光刻胶层作为一次掩膜；
S2：使用干法刻蚀技术来刻蚀暴露的外延结构，刻蚀至n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)处，形成台型结构；
S3：对干法刻蚀后的光电二极管探测器在纯氮气氛围保护下进行快速热退火处理及湿法处理，以恢复干法刻蚀在所述外延结构的表面上造成的损伤；
S4：采用光刻、真空蒸镀技术将所述n型欧姆接触电极(109)的金属层组合沉积在n型AlxGa1-xN欧姆接触层(104)上表面的台型边缘处，并通过剥离工艺去除n型欧姆接触电极(109)图形之外的沉积金属层；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S5：采用光刻、真空蒸镀技术将所述p型欧姆接触电极(110)沉积在p型AlyGa1-yN欧姆接触层(108)的上表面边缘处；对芯片进行有机清洗、去离子水清洗，采用高纯氮气吹干后，在纯氮气氛围保护下的快速退火进行合金化处理；
S6：利用有机溶液、去离子水清洗光电二极管探测器的表面，再采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法在光电二极管探测器的表面镀制氧化硅或氮化物钝化薄膜，以保护除所述欧姆接触电极以外的光电二极管探测器表面。
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