CN110544731B - 一种紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于半导体技术领域，提供了一种紫外探测器及其制备方法，该紫外探测器包括：衬底；位于衬底上的第一外延层，该第一外延层为重掺杂外延层；位于第一外延层上的第二外延层，该第二外延层为轻掺杂外延层，或者，该第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；位于第二外延层上或者形成于第二外延层中的欧姆接触层，该欧姆接触层为图形化的重掺杂层；其中，欧姆接触层形成于第二外延层中时，欧姆接触层的上表面不低于第二外延层的上表面，且，欧姆接触层的下表面高于第二外延层的下表面；位于欧姆接触层上的第一金属电极层。本申请能够提高紫外探测器的量子效率。

Description

一种紫外探测器及其制备方法
技术领域
本申请属于半导体技术领域，尤其涉及一种紫外探测器及其制备方法。
背景技术
近年来，基于半导体的固态紫外探测器研究在国际上受到越来越多的关注，例如，4H-SiC雪崩光电二极管紫外探测器具有高增益、高响应度、低暗电流等优点，能够实现微弱紫外信号甚至紫外单光子的探测。
然而，紫外探测器有背面入射式和正面入射式两种入射方式，其中，背面入射式的紫外探测器由于衬底对光子的吸收，会导致探测器的量子效率大大降低；而传统的正面入射式紫外探测器由于其顶层重掺杂的欧姆接触层的存在，会导致大量短波长的光子被欧姆接触层吸收，从而使得量子效率降低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种紫外探测器及其制备方法，以解决现有技术中的紫外探测器量子效率不高的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种紫外探测器，该紫外探测器包括：
衬底；
第一外延层，位于所述衬底上，所述第一外延层为重掺杂外延层；
第二外延层，位于所述第一外延层上，所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；
欧姆接触层，位于所述第二外延层上或者形成于所述第二外延层中，所述欧姆接触层为图形化的重掺杂层；其中，所述欧姆接触层形成于所述第二外延层中时，所述欧姆接触层的上表面不低于所述第二外延层的上表面，且，所述欧姆接触层的下表面高于所述第二外延层的下表面；
第一金属电极层，位于所述欧姆接触层上。
基于第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述第一外延层为P型碳化硅外延层，所述第二外延层为N型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为N型欧姆接触层；或者，
所述第一外延层为N型碳化硅外延层，所述第二外延层为P型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为P型欧姆接触层。
基于第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一金属电极层的表面面积不大于所述欧姆接触层的表面面积，且，所述第一金属电极层的表面形状与所述欧姆接触层的表面图形相对应。
基于第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述欧姆接触层的表面图形包括圆环形、方环形、窗口形以及阵列形其中的任意一种。
基于第一方面及第一方面上述任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述紫外探测器还包括钝化保护层，所述钝化保护层覆盖于所述第二外延层的外表面上除所述第一金属电极层之外的区域。
基于第一方面第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述第二外延层的面积小于所述第一外延层的面积，且，所述第一外延层上的部分区域与所述第二外延层形成一隔离台面，其中，所述部分区域表示所述第一外延层上具有所述第二外延层的区域；
所述紫外探测器还包括第二金属电极层，所述第二金属电极层形成于所述第一外延层上的所述隔离台面之外的区域。
基于第一方面第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述衬底为重掺杂衬底；
所述紫外探测器还包括第二金属电极层，所述第二金属电极层位于所述衬底的另一面，该另一面与所述衬底的形成有所述第一外延层的一面相对。
本申请实施例的第二方面提供了一种紫外探测器的制备方法，该制备方法包括：
制备第一半导体外延晶片或者第二半导体外延晶片，其中，所述第一半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层和第二外延层；所述第二半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层、第二外延层和第三外延层；其中，所述第一外延层为重掺杂外延层；所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；所述第三外延层为重掺杂外延层；
对于所述第一半导体外延晶片，在所述第二外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的离子注入窗口，通过所述图形化的离子注入窗口进行离子注入，形成图形化的欧姆接触层；
对于所述第二半导体外延晶片，在所述第三外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的刻蚀窗口，将所述掩膜层上所述刻蚀窗口之外的区域刻蚀至所述第二外延层，形成图形化的欧姆接触层；
去除所述光刻胶和所述掩膜层；
采用台面蚀刻或者离子注入进行隔离，形成有源区；
在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层。
基于第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后还包括：
在所述第一半导体外延晶片或者所述第二半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
基于第二方面及第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一外延层为P型碳化硅外延层，所述第二外延层为N型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为N型欧姆接触层；或者，
所述第一外延层为N型碳化硅外延层，所述第二外延层为P型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为P型欧姆接触层。
本申请与现有技术相比存在的有益效果是，本申请提供的紫外探测器包括由第一外延层、第二外延层和图形化的欧姆接触层构成的探测器外延结构，其中，第二外延层为紫外探测器的吸收倍增区，在采用正面入射时，图形化的欧姆接触层对入射光子的吸收大大减少，尤其是可以减少欧姆接触层对短波长光子的吸收。因此，到达吸收倍增区的入射光子量会大大增加，从而达到了提高紫外探测器的量子效率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的现有技术中欧姆接触层在一种紫外探测器中的结构的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种紫外探测器的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种紫外探测器的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的又一种紫外探测器的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的再一种紫外探测器的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的紫外探测器的一种有源区表面的示意图；
图7是本申请实施例提供的紫外探测器的第二种有源区表面的示意图；
图8是本申请实施例提供的紫外探测器的第三种有源区表面的示意图；
图9是本申请实施例提供的紫外探测器的第四种有源区表面的示意图；
图10是本申请实施例提供的紫外探测器的第五种有源区表面的示意图；
图11是本申请实施例提供的紫外探测器的第六种有源区表面的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
首先说明现有技术中，欧姆接触层在一种紫外探测器中的结构设计，参见图1(剖面图)，其提供的紫外探测器由下至上包括：衬底10、第一外延层11、第二外延层12和欧姆接触层13。可以看出，欧姆接触层13完全覆盖于第二外延层12的上方，采用正面入射方式(从上方向下入射)时，欧姆接触层13会吸收入射的光子，减少了到达第二外延层12(吸收倍增区)的光子数量，从而会造成紫外探测器的量子效率降低。
本申请实施例提供的紫外探测器，其欧姆接触层为图形化结构，图形化结构的欧姆接触层对其下方的第二外延层的遮挡减少，从而可以降低欧姆接触层对入射光子的吸收量，提高量子效率。
参见图2，是本申请实施例提供的一种紫外探测器的结构示意图(剖面图)，其欧姆接触层形成于第二外延层中，如图2所示，其提供的紫外探测器包括：衬底10、第一外延层11、第二外延层12、形成于第二外延层12中的欧姆接触层13和位于欧姆接触层13上的第一金属电极层14。在该实施例中，欧姆接触层13的表面形状为圆环状。
在本申请实施例中，衬底可以为硅、蓝宝石、氮化镓或碳化硅等材料中的任意一种。
在本申请实施例中，欧姆接触层13的上表面可以与第二外延层12的上表面持平。在实际应用中，欧姆接触层13形成于第二外延层12中，欧姆接触层13的上表面可以不低于第二外延层12的上表面，且，欧姆接触层13的下表面需高于第二外延层12的下表面。具体以第一外延层11、第二外延层12和欧姆接触层13能够共同形成探测器外延结构为准，其中，第一外延层11为重掺杂外延层；第二外延层12为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构。欧姆接触层13为图形化的重掺杂层，该紫外探测器采用正面入射的方式，第二外延层12可以整层为轻掺杂外延层，即为紫外探测器的吸收倍增区；第二外延层12也可以为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构，也即吸收层和倍增层分离的结构。
在本申请实施例中，第一金属电极层14在欧姆接触层13上，其表面面积不大于欧姆接触层13的表面面积。
在本申请实施例中，欧姆接触层13的掺杂浓度可以在1×1018cm-3～1×1020cm-3之间，深度可以在0.01～0.5μm之间。第一外延层11的掺杂浓度可以在1×1018cm-3～1×1020cm-3之间，厚度可以在1～3μm之间。第二外延层12如果为轻掺杂的单一外延层，其掺杂浓度可以在1×1015cm-3～1×1017cm-3之间；第二外延层12如果为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构，其轻掺杂外延层浓度可以在1×1015cm-3～1×1017cm-3之间，重掺杂浓度可以在5×1017cm-3～1×1020cm-3之间；第二外延层12的总厚度可以在0.1～50μm之间。
在本申请实施例中，紫外探测器还可以包括钝化保护层，以抑制紫外探测器的表面漏电，减小暗电流。如图2所示，钝化保护层15可以覆盖于第二外延层12的外表面上除第一金属电极层14之外的区域。钝化保护层可以为SiO2、Al2O3、HfO2、Y2O3、SiNx材料中的一种或任意几种组合，厚度可以在50nm～10μm之间。
在本申请实施例中，如图2所示，第二外延层12的面积可以小于第一外延层11的面积，且，第一外延层11上的部分区域与第二外延层12形成一隔离台面(隔离台面上的上表面即为紫外探测器的有源区，欧姆接触层13位于有源区内)，第一外延层11上的部分区域指第一外延层11上形成有第二外延层12的区域。
在本申请实施例中，隔离台面可以是倾角为90度的垂直结构，也可以是具有非垂直倾角的台面结构。
在本申请实施例中，如图2所示，紫外探测器还包括第二金属电极层16，第二金属电极层16形成于第一外延层11上的所述隔离台面之外的区域，例如可以在隔离台面之外环绕分布。
可选的，在本申请实施例中，第二金属电极层16还可以位于衬底10的另一面，该另一面与衬底10的形成有第一外延层11的一面相对，也即第一外延层11可以位于衬底10上方的一面，第二金属电极层16可以位于衬底10下方的一面。该实施方式中，衬底需要采用重掺杂衬底。
在本申请实施例中，第一外延层可以为P型碳化硅外延层，第二外延层可以为N型碳化硅外延层，欧姆接触层可以为N型欧姆接触层，此实施例下，第一金属电极层即为阴极金属电极层，其可以与N型欧姆接触层形成电连接；第二金属电极层即为阳极金属电极层，其可以与第一外延层(P型碳化硅外延层)形成电连接，第一外延层、第二外延层和欧姆接触层形成探测器外延结构。
在本申请实施例中，第一外延层可以为N型碳化硅外延层，第二外延层可以为P型碳化硅外延层，欧姆接触层可以为P型欧姆接触层，此实施例下，第一金属电极层即为阳极金属电极层，其可以与P型欧姆接触层形成电连接；第二金属电极层即为阴极金属电极层，其可以与第一外延层(N型碳化硅外延层)形成电连接，第一外延层、第二外延层和欧姆接触层形成探测器外延结构。
本申请实施例中，P型和N型分别用于表示不同的半导体材料，P型表示空穴型半导体，N型表示电子型半导体。
图2所示实施例的紫外探测器可以采用以下制备方法得到：
制备第一半导体外延晶片，其中，所述第一半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层和第二外延层，其中，所述第一外延层为重掺杂外延层；所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；所述第三外延层为重掺杂外延层；
在第一半导体外延晶片的第二外延层表面制备掩膜层，在掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的离子注入窗口，通过图形化的离子注入窗口进行离子注入，形成图形化的欧姆接触层；
去除光刻胶和掩膜层；
采用台面蚀刻进行隔离，形成有源区；
在有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层。
在本申请实施例中，上述制备方法还可以包括制备钝化保护层的步骤：在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后，在所述第一半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
由上可知，本申请提供的紫外探测器包括由第一外延层、第二外延层和图形化的欧姆接触层构成的探测器外延结构，其中，第二外延层为紫外探测器的吸收倍增区，在采用正面入射时，图形化的欧姆接触层对入射光子的吸收大大减少，尤其是可以减少欧姆接触层对短波长光子的吸收。因此，到达吸收倍增区的入射光子量会大大增加，从而达到了提高紫外探测器的量子效率的目的。
参见图3，是本申请实施例提供的另一种紫外探测器的结构示意图(剖面图)，与图2所示实施例不同的是，图3所示实施例中紫外探测器的欧姆接触层13位于第二外延层12上，图3所示实施例中紫外探测器可以采用以下制备方法得到：
制备第二半导体外延晶片，其中，所述第二半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层、第二外延层和第三外延层；其中，所述第一外延层为重掺杂外延层；所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；所述第三外延层为重掺杂外延层；
在所述第三外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的刻蚀窗口，将所述掩膜层上所述刻蚀窗口之外的区域刻蚀至所述第二外延层，形成图形化的欧姆接触层；
去除所述光刻胶和所述掩膜层；
采用台面蚀刻进行隔离，形成有源区；
在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层。
在本申请实施例中，该制备方法还可以包括制备钝化保护层的步骤：在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后，在所述第二半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
图2及图3所示实施例提供的紫外探测器采用了台面隔离的方式，其有源区即为紫外探测器的隔离台面。参见图4，是本申请实施例提供的又一种紫外探测器的结构示意图(剖面图)，与图2及图3所示实施例相比，图4所示实施例中的紫外探测器采用离子注入的方式实现有源区的隔离，而无需制作隔离台面。其欧姆接触层形成于第二外延层中(参考图2所示实施例，在此不再赘述)。另外，在该实施方式中，衬底10可以采用重掺杂衬底，第二金属电极层16可以位于衬底10的另一面，该另一面与衬底10的形成有第一外延层11的一面相对；也即，第一外延层11可以位于衬底10上方的一面，第二金属电极层16可以位于衬底10下方的一面。其制备方法如下：
制备第一半导体外延晶片，其中，所述第一半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层和第二外延层，其中，所述第一外延层为重掺杂外延层；所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；所述第三外延层为重掺杂外延层；
在第一半导体外延晶片的第二外延层表面制备掩膜层，在掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的离子注入窗口，通过图形化的离子注入窗口进行离子注入，形成图形化的欧姆接触层；
去除光刻胶和掩膜层；
采用离子注入进行隔离，形成有源区；
在有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层。
该制备方法还可以包括制备钝化保护层的步骤：在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后，在所述第一半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
该制备方法还可以包括制备第二金属电极层的步骤：在衬底的另一面蒸镀金属并退火，形成第二金属电极层，该另一面与衬底上形成有第一外延层的一面相对。
参见图5，为本申请实施例提供的再一种紫外探测器的结构示意图，其与图4所示实施例均采用离子注入的方式进行有源区的隔离，无需制作隔离台面。其欧姆接触层位于第二外延层上(参考图2所示实施例，在此不再赘述)。另外，在该实施方式中，衬底10可以采用重掺杂衬底，第二金属电极层16可以位于衬底10的另一面，该另一面与衬底10的形成有第一外延层11的一面相对；也即，第一外延层11可以位于衬底10上方的一面，第二金属电极层16可以位于衬底10下方的一面。其制备方法如下：
制备第二半导体外延晶片，其中，所述第二半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层、第二外延层和第三外延层；其中，所述第一外延层为重掺杂外延层；所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；所述第三外延层为重掺杂外延层；
在所述第三外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的刻蚀窗口，将所述掩膜层上所述刻蚀窗口之外的区域刻蚀至所述第二外延层，形成图形化的欧姆接触层；
去除所述光刻胶和所述掩膜层；
采用离子注入进行隔离，形成有源区；
在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层。
在本申请实施例中，该制备方法还可以包括制备钝化保护层的步骤：在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后，在所述第二半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
该制备方法还可以包括制备第二金属电极层的步骤：在衬底的另一面蒸镀金属并退火，形成第二金属电极层，该另一面与衬底上形成有第一外延层的一面相对。
在上述实施例中，欧姆接触层13的表面图形可以为圆环形、方环形、窗口形或者阵列形，欧姆接触层13的表面图形还可以为其它形状，只要其具备可以让入射光子直接穿过的图形化的间隙即可。
在上述实施例中，第一金属电极层14的表面形状可以与欧姆接触层13的表面图形相对应，例如，欧姆接触层13的表面图形为圆环形时，第一金属电极层14的表面形状也可以相应的为圆环形。
参见图6-图11，为分别示出了紫外探测器的有源区表面的六种图形的示意图(俯视图)。
如图6所示，其有源区为圆形(可以为采用台面刻蚀形成的圆形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的圆形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为圆环形(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)，第一金属电极层14的表面形状也为圆环形，形成于欧姆接触层13上。
如图7所示，其有源区为矩形(可以为圆角矩形)(可以为采用台面刻蚀形成的矩形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的矩形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为矩形的环形(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)，第一金属电极层14的表面形状也为矩形的环形，形成于欧姆接触层13上。
如图8所示，其有源区为圆形(可以为采用台面刻蚀形成的圆形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的圆形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为圆窗形(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)，第一金属电极层14的表面形状为内部具有十字连通区域的圆窗形，形成于欧姆接触层13上。
如图9所示，其有源区为矩形(可以为圆角矩形)(可以为采用台面刻蚀形成的矩形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的矩形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为矩形窗口形(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)，第一金属电极层14的表面形状也为内部具有十字连通区域的矩形窗口形，形成于欧姆接触层13上。
如图10所示，其有源区为矩形(可以为圆角矩形)(可以为采用台面刻蚀形成的矩形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的矩形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为圆形阵列(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)，第一金属电极层14的表面形状也为圆形阵列，形成于欧姆接触层13上，且，圆形阵列中的各个圆形连通。
如图11所示，其有源区为矩形(可以为圆角矩形)(可以为采用台面刻蚀形成的矩形台面有源区，或者可以为采用离子注入方式形成的矩形有源区)，其欧姆接触层13的表面形状为方形阵列(欧姆接触层13位于有源区内，可以形成于第二外延层中，也可以位于第二外延层上)；第一金属电极层14的表面形状也为方形阵列，形成于欧姆接触层13上，且，第一金属电极层14的方形阵列中的各个方形连通。
在本申请实施例中，窗口状或阵列状的形成电接触的第一金属电极层能够改善紫外传感器的内部电场分布的均匀性，从而有利于实现更好的雪崩倍增性能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种紫外探测器，其特征在于，所述紫外探测器包括：
衬底；
第一外延层，位于所述衬底上，所述第一外延层为重掺杂外延层；
第二外延层，位于所述第一外延层上，所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构；
欧姆接触层，位于所述第二外延层上或者形成于所述第二外延层中，所述欧姆接触层为图形化的重掺杂层；其中，所述欧姆接触层形成于所述第二外延层中时，所述欧姆接触层的上表面不低于所述第二外延层的上表面，且，所述欧姆接触层的下表面高于所述第二外延层的下表面；其中，所述欧姆接触层的表面图形包括窗口形或阵列形；
第一金属电极层，位于所述欧姆接触层上，所述第一金属电极层的表面面积不大于所述欧姆接触层的表面面积；所述欧姆接触层的表面图形为窗口形时，所述第一金属电极层的表面形状相应的也为窗口形；所述欧姆接触层的表面图形为阵列形时，所述第一金属电极层的表面形状相应的也为阵列形；所述第一金属电极层的表面区域为连通区域。
2.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述第一外延层为P型碳化硅外延层，所述第二外延层为N型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为N型欧姆接触层；或者，
所述第一外延层为N型碳化硅外延层，所述第二外延层为P型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为P型欧姆接触层。
3.根据权利要求1至2任一项所述的紫外探测器，其特征在于，所述紫外探测器还包括钝化保护层，所述钝化保护层覆盖于所述第二外延层的外表面上除所述第一金属电极层之外的区域。
4.根据权利要求3所述的紫外探测器，其特征在于，所述第二外延层的面积小于所述第一外延层的面积，且，所述第一外延层上的部分区域与所述第二外延层形成一隔离台面，其中，所述部分区域表示所述第一外延层上具有所述第二外延层的区域；
所述紫外探测器还包括第二金属电极层，所述第二金属电极层形成于所述第一外延层上的所述隔离台面之外的区域。
5.根据权利要求3所述的紫外探测器，其特征在于，所述衬底为重掺杂衬底；
所述紫外探测器还包括第二金属电极层，所述第二金属电极层位于所述衬底的另一面，该另一面与所述衬底的形成有所述第一外延层的一面相对。
6.一种紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
制备第一半导体外延晶片或者第二半导体外延晶片，其中，所述第一半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层和第二外延层；所述第二半导体外延晶片由下至上依次包括衬底、第一外延层、第二外延层和第三外延层；其中，所述第一外延层为重掺杂外延层，所述第二外延层为轻掺杂外延层，或者，所述第二外延层为由至少一层轻掺杂外延层和至少一层重掺杂外延层构成的双层或多层结构，所述第三外延层为重掺杂外延层；
对于所述第一半导体外延晶片，在所述第二外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的离子注入窗口，通过所述图形化的离子注入窗口进行离子注入，形成图形化的欧姆接触层；
对于所述第二半导体外延晶片，在所述第三外延层表面制备掩膜层，在所述掩膜层涂覆光刻胶并进行光刻，形成图形化的刻蚀窗口，将所述掩膜层上所述刻蚀窗口之外的区域刻蚀至所述第二外延层，形成图形化的欧姆接触层；
去除所述光刻胶和所述掩膜层；
采用台面蚀刻或者离子注入进行隔离，形成有源区；
在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层；
其中，所述欧姆接触层的表面图形包括窗口形或阵列形，所述第一金属电极层的表面面积不大于所述欧姆接触层的表面面积；所述欧姆接触层的表面图形为窗口形时，所述第一金属电极层的表面形状相应的也为窗口形；所述欧姆接触层的表面图形为阵列形时，所述第一金属电极层的表面形状相应的也为阵列形；所述第一金属电极层的表面区域为连通区域。
7.根据权利要求6所述的紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述在所述有源区蒸镀金属并退火，形成第一金属电极层之后还包括：
在所述第一半导体外延晶片或者所述第二半导体外延晶片表面沉积钝化保护层，并刻蚀出电极窗口。
8.根据权利要求6或7所述的紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述第一外延层为P型碳化硅外延层，所述第二外延层为N型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为N型欧姆接触层；或者，
所述第一外延层为N型碳化硅外延层，所述第二外延层为P型碳化硅外延层，所述欧姆接触层为P型欧姆接触层。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110544731B (zh) * 2019-09-05 2021-06-15 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种紫外探测器及其制备方法
CN113937174B (zh) * 2021-10-14 2023-12-12 南京大学 一种基于选区离子注入的碳化硅基横向pn结极紫外探测器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814537A (zh) * 2009-02-19 2010-08-25 中国科学院半导体研究所 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法
CN102244146A (zh) * 2011-07-01 2011-11-16 中国科学院半导体研究所 不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵
CN110047968A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 中南大学 一种AlGaN基3D倒装焊MSM阵列紫外探测器的制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5093576A (en) * 1991-03-15 1992-03-03 Cree Research High sensitivity ultraviolet radiation detector
TW589746B (en) * 2003-04-02 2004-06-01 Univ Nat Central UV light detector and manufacturing method
US7535033B2 (en) * 2004-09-14 2009-05-19 Banpil Photonics, Inc. Multicolor photodiode array and method of manufacturing
US7485941B2 (en) * 2004-12-15 2009-02-03 Tower Semiconductor Ltd. Cobalt silicide schottky diode on isolated well
CN101872798B (zh) * 2010-05-19 2012-04-25 中国科学院半导体研究所 一种紫外红外双色探测器及制作方法
CN102931272A (zh) * 2012-11-23 2013-02-13 中国科学院微电子研究所 一种具有增益的紫外探测器结构及其制备方法
CN103208555A (zh) * 2012-12-24 2013-07-17 西南技术物理研究所 紫外选择性硅雪崩光电探测芯片
US10032950B2 (en) * 2016-02-22 2018-07-24 University Of Virginia Patent Foundation AllnAsSb avalanche photodiode and related method thereof
US9985058B2 (en) * 2016-09-28 2018-05-29 Raytheon Company Dual band ultraviolet (UV) and infrared radiation detector
CN107154447B (zh) * 2017-05-24 2024-01-30 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种硅基探测器及其制备方法
CN206742258U (zh) * 2017-05-24 2017-12-12 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种硅基探测器
CN109326657A (zh) * 2018-08-29 2019-02-12 北京时代民芯科技有限公司 一种碳化硅基紫外探测器及其制备方法
CN110544731B (zh) * 2019-09-05 2021-06-15 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种紫外探测器及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814537A (zh) * 2009-02-19 2010-08-25 中国科学院半导体研究所 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法
CN102244146A (zh) * 2011-07-01 2011-11-16 中国科学院半导体研究所 不透射红外及可见光的GaN基紫外探测器面阵
CN110047968A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 中南大学 一种AlGaN基3D倒装焊MSM阵列紫外探测器的制备方法

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