CN114678429A - 一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 - Google Patents
一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114678429A CN114678429A CN202210600937.7A CN202210600937A CN114678429A CN 114678429 A CN114678429 A CN 114678429A CN 202210600937 A CN202210600937 A CN 202210600937A CN 114678429 A CN114678429 A CN 114678429A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sic
- ingan
- interface insertion
- antireflection
- 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
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910004012 SiCx Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 1
Images
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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- 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
-
- 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 potential barriers, 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
- H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type
- H01L31/1085—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type the devices being of the Metal-Semiconductor-Metal [MSM] Schottky barrier 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种复合结构的MISIM型4H‑SiC紫外探测器及制备方法，探测器包括：镜面反射层、4H‑SiC衬底层、4H‑SiC外延层、第一界面插入层、第二界面插入层、第一透明肖特基电极、第二透明肖特基电极、InGaN/GaN量子阱层和减反阵列，镜面反射层、4H‑SiC衬底层和4H‑SiC外延层依次层叠；第一界面插入层位于4H‑SiC外延层的一端，第二界面插入层位于4H‑SiC外延层的另一端；第一透明肖特基电极位于第一界面插入层上，第二透明肖特基电极位于第二界面插入层上；InGaN/GaN量子阱层位于4H‑SiC外延层上；减反阵列分布在InGaN/GaN量子阱层上。该探测器可以提升光的利用率。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法。
背景技术
紫外探测器是一种能够将紫外光信号转换成电信号的器件，紫外光电探测器在国防、紫外天文学、环境监测、火灾探测、涡轮引擎燃烧效率监测、可燃气体成分分析和生物细胞癌变检测等方面有着广阔的前景，是近年来国际上光电探测领域的热点。随着第三代宽带隙半导体材料的出现，特别是4H-SiC材料，由于其具有宽带隙、高临界击穿电场和高热导率等特点，因此利用其制备的紫外光电探测器的出现推动了紫外探测技术的发展。
作为一种重要的半导体光电器件，紫外探测器的光利用率的提高会大大提升器件的工作性能。为了提高紫外探测器的光利用率，各种减反射增透膜被运用到光电半导体器件中。受限于材料、设备以及半导体工艺等方面限制，传统的减反射设计多使用平面结构薄膜，例如，使用以氧化锌、氧化硅等平面薄膜作为减反层设计，这些平面结构薄膜以膜厚尺寸来调控减反效果。
然而，由于膜厚固定，平面结构薄膜的减反性能有限，并且平面结构薄膜往往针对单波长，对大波段范围减反效果并不理想。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，包括：镜面反射层、4H-SiC衬底层、4H-SiC外延层、第一界面插入层、第二界面插入层、第一透明肖特基电极、第二透明肖特基电极、InGaN/GaN量子阱层和减反阵列，其中，
所述镜面反射层、所述4H-SiC衬底层和所述4H-SiC外延层依次层叠；
所述第一界面插入层位于所述4H-SiC外延层的一端，所述第二界面插入层位于所述4H-SiC外延层的另一端；
所述第一透明肖特基电极位于所述第一界面插入层上，所述第二透明肖特基电极位于所述第二界面插入层上；
所述InGaN/GaN量子阱层位于所述4H-SiC外延层上且与所述第一界面插入层和所述第二界面插入层均接触；
所述减反阵列分布在所述InGaN/GaN量子阱层上。
在本发明的一个实施例中，所述镜面反射层的材料包括银，厚度为150-250nm；
所述4H-SiC衬底层的厚度为300-500μm，材料包括N+SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为5×1019 cm-3；
所述4H-SiC外延层的厚度为6-14μm，材料包括N-SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为2× 1016 cm-3；
所述第一界面插入层的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm；
所述第二界面插入层的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm；
所述第一透明肖特基电极和第二透明肖特基电极的厚度均为8-12nm。
在本发明的一个实施例中，所述InGaN/GaN量子阱层包括若干InGaN/GaN复合层，若干所述InGaN/GaN复合层依次层叠，且所述若干InGaN/GaN复合层中贯穿设置有若干孔洞，所述若干孔洞成阵列分布。
在本发明的一个实施例中，当所述孔洞的形状为圆形时，所述孔洞的直径为500nm-800nm，相邻所述孔洞之间的间距为500nm-800nm。
在本发明的一个实施例中，所述减反阵列包括若干减反结构，所述若干减反结构呈阵列分布，且每个所述减反结构位于相邻两个所述孔洞之间的所述若干InGaN/GaN复合层上。
在本发明的一个实施例中，每个所述减反结构的横截面积由下至上逐渐减小。
在本发明的一个实施例中，每个所述减反结构的底部宽度为300-500nm，每个所述减反结构的高度为60-70nm，相邻所述减反结构之间的距离为500nm-1μm。
本发明的另一个实施例提供了一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法，包括步骤：
S1、在4H-SiC衬底层表面生长4H-SiC外延层；
S2、利用氧的等离子体方法对所述4H-SiC外延层的表面进行处理，形成位于所述4H-SiC外延层一端的第一界面插入层和位于4H-SiC外延层另一端的第二界面插入层；
S3、在所述4H-SiC衬底层背面生长镜面反射层；
S4、在所述第一界面插入层上制备第一透明肖特基电极，在所述第二界面插入层上制备第二透明肖特基电极，并对器件进行退火处理；
S5、在所述4H-SiC外延层表面制备InGaN/GaN量子阱层；
S6、在所述InGaN/GaN量子阱层表面制备减反阵列。
在本发明的一个实施例中，步骤S5包括：
S51、在所述4H-SiC外延层表面交替生长若干InGaN/GaN复合层；
S52、在所述若干InGaN/GaN复合层中刻蚀形成若干孔洞，形成所述InGaN/GaN量子阱层。
在本发明的一个实施例中，步骤S6包括：
S61、在所述InGaN/GaN量子阱层表面生长减反层；
S62、对所述减反层进行刻蚀，形成所述减反阵列。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的紫外探测器采用InGaN/GaN量子阱层和减反阵列的复合结构，InGaN/GaN量子阱层可以陷光，在阱附近放大光强，减反阵列可以减少光的反射，同时辅助采用镜面反射层以重复利用通过光，采用透明电极以进一步提高器件的光敏感区以及器件面积的光利用率，从而在四个结构的共同作用下，提升光的利用率，提高器件的探测性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的结构示意图。
该4H-SiC紫外探测器为金属-绝缘体-半导体-绝缘体-金属 metal-insulator-semiconductor-insulator-metal，MISIM结构，包括：镜面反射层1、4H-SiC衬底层2、4H-SiC外延层3、第一界面插入层4、第二界面插入层5、第一透明肖特基电极6、第二透明肖特基电极7、InGaN/GaN量子阱层8和减反阵列9。其中，镜面反射层1、4H-SiC衬底层2和4H-SiC外延层3依次层叠；第一界面插入层4位于4H-SiC外延层3的一端，第二界面插入层5位于4H-SiC外延层3的另一端；第一透明肖特基电极6位于第一界面插入层4上，第二透明肖特基电极7位于第二界面插入层5上，第一透明肖特基电极6、第一界面插入层4和4H-SiC外延层3之间形成金属-绝缘体-半导体增强势垒型肖特基接触，第二透明肖特基电极7、第二界面插入层5和4H-SiC外延层3之间均形成金属-绝缘体-半导体增强势垒型肖特基接触；InGaN/GaN量子阱层8位于4H-SiC外延层3上，且其一端与第一界面插入层4接触，另一端与第二界面插入层5接触；减反阵列9分布在InGaN/GaN量子阱层8上。
在一个具体实施例中，镜面反射层1的材料包括银，厚度为150-250nm。4H-SiC衬底层2的厚度为300-500μm，材料包括N+SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为5×1019 cm-3。4H-SiC外延层3的厚度为6-14μm，材料包括N-SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为2×1016 cm-3。第一界面插入层4的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm。第二界面插入层5的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm。第一透明肖特基电极6和第二透明肖特基电极7的材料包括FTO，厚度为8-12nm。
优选的，镜面反射层1的厚度为200nm，4H-SiC衬底层2的厚度为400μm，4H-SiC外延层3的厚度为10μm。第一界面插入层4和第二界面插入层5的材料和厚度均相同。第一透明肖特基电极6和第二透明肖特基电极7的材料和厚度均相同。
在一个具体实施例中，InGaN/GaN量子阱层8包括若干InGaN/GaN复合层，若干InGaN/GaN复合层依次层叠，且若干InGaN/GaN复合层中贯穿设置有若干孔洞，若干孔洞成阵列分布。
具体的，每层InGaN/GaN复合层包括InGaN层和GaN层，GaN层位于InGaN层上，InGaN层和GaN层交替层叠，形成多层InGaN/GaN复合层；多层InGaN/GaN复合层的层数可以为8~16层。多个孔洞在多层InGaN/GaN复合层中成阵列分布，形成多个量子阱；孔洞的形状包括但不限于圆形、方形、六边形。优选的，多个孔洞在多层InGaN/GaN复合层中均匀分布，即孔洞之间的距离均相等。
具体的，当孔洞的形状为圆形时，孔洞的直径为500nm-800nm，相邻孔洞之间的间距为500nm-800nm。
在一个具体实施例中，减反阵列9包括若干减反结构，若干减反结构呈阵列分布，且每个减反结构位于相邻两个孔洞之间的若干InGaN/GaN复合层上。可以理解的是，多个减反结构位于若干InGaN/GaN复合层上，设置在孔洞之间，与孔洞形成交错分布。优选的，多个减反结构均匀分布，相邻两个减反结构之间的距离均相等。
具体的，每个减反结构的横截面积由下至上逐渐减小，例如，减反结构采用金字塔的形状。进一步的，每个减反结构的底部宽度为300-500nm，每个减反结构的高度为60-70nm，相邻减反结构之间的距离为500nm-1μm。
具体的，减反阵列9的材料包括氧化硅、氧化锌中的一种或多种。
本实施例中，镜面反射层可以重复利用通过光；InGaN/GaN 量子阱可以陷光，将光子捕获入阱中，在阱附近放大光强；减反阵列可以减少光的反射，增加光的透过率；透明电极可以进一步提高器件的光敏感区以及器件面积的光利用率。在这四个结构的共同作用下，提升了光的利用率，提高了器件的探测性能。
本实施例中，器件所采用的材料均可满足常见的半导体高温工艺，使得探测器可应用于高温环境。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法的流程示意图。该制备方法包括步骤：
S1、在4H-SiC衬底层2表面生长4H-SiC外延层3。
具体的，首先对厚度为400μm、氮掺杂浓度为5 × 1019 cm-3的N+ 4H-SiC衬底进行RCA标准清洗。然后在清洗后的4H-SiC衬底层2表面通过化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)方法生长掺杂浓度为1 × 1016 cm-3的N- 4H-SiC外延层3，生长温度为1600ºC~1900 ºC。
S2、利用氧的等离子体方法对4H-SiC外延层3的表面进行处理，形成位于4H-SiC外延层3一端的第一界面插入层4和位于4H-SiC外延层3另一端的第二界面插入层5。
具体的，利用氧的等离子体方法对4H-SiC外延层3的表面进行处理，使得4H-SiC外延层3的端部表面变成钝化层，从而形成第一界面插入层4和第二界面插入层5。
S3、在4H-SiC衬底层2背面生长镜面反射层1。
具体的，使用磁控溅射方法在4H-SiC衬底层2背面生长200nm厚的Ag，形成镜面反射层1。
S4、在第一界面插入层4上制备第一透明肖特基电极6，在第二界面插入层5上制备第二透明肖特基电极7，并对器件进行退火处理。
具体的，首先使用光刻工艺和磁控溅射工艺在第一界面插入层4的表面和第二界面插入层5的表面上生长10nm的FTO，形成第一透明肖特基电极6和第二透明肖特基电极7。
然后对器件进行快速高温热退火，使得第一透明肖特基电极6、第一界面插入层4和4H-SiC外延层3之间形成金属-绝缘体-半导体增强势垒型肖特基接触，第二透明肖特基电极7、第二界面插入层5和4H-SiC外延层3之间均形成金属-绝缘体-半导体增强势垒型肖特基接触。
S5、在4H-SiC外延层3表面制备InGaN/GaN量子阱层8。具体包括步骤：
S51、在4H-SiC外延层3表面交替生长若干InGaN/GaN复合层。
具体的，利用金属有机化学气相沉积（Metal-Organic Chemical VapourDeposition，MOCVD）方法，在4H-SiC外延层3的表面依次交替生长InGaN层和GaN层，形成若干InGaN/GaN复合层。
在一个具体实施例中，在4H-SiC外延层3的表面依次交替生长10 层InGaN层和10层GaN层，形成10层InGaN/GaN复合层。
S52、在若干InGaN/GaN复合层中刻蚀形成若干孔洞，形成InGaN/GaN量子阱层8。
具体的，使用纳米压印和干法刻蚀工艺在InGaN/GaN复合层中刻蚀若干孔洞，将刻蚀形成的孔洞阵列作为量子阱，从而形成量子阱层8。
在一个具体实施例中，刻蚀形成的孔洞均匀排列，孔洞的形状为圆形，孔洞的直径为500nm-800nm，相邻孔洞之间的间距为500nm-800nm。
S6、在InGaN/GaN量子阱层8表面制备减反阵列9。具体包括：
S61、在InGaN/GaN量子阱层8表面生长减反层。
具体的，使用磁控溅射法在InGaN/GaN量子阱8表面生长氧化硅材料，形成减反层。
S62、对减反层进行刻蚀，形成减反阵列9。
具体的，使用纳米压印和干法刻蚀工艺将减反层刻蚀成纳米减反阵列9。
本实施例制备方法制备的紫外探测器采用InGaN/GaN量子阱层和减反阵列的复合结构，InGaN/GaN量子阱层可以陷光，在阱附近放大光强，减反阵列可以减少光的反射，同时辅助采用镜面反射层以重复利用通过光，采用透明电极以进一步提高器件的光敏感区以及器件面积的光利用率，从而在四个结构的共同作用下，提升光的利用率，提高器件的探测性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，包括：镜面反射层(1)、4H-SiC衬底层(2)、4H-SiC外延层(3)、第一界面插入层(4)、第二界面插入层(5)、第一透明肖特基电极(6)、第二透明肖特基电极(7)、InGaN/GaN量子阱层(8)和减反阵列(9)，其中，
所述镜面反射层(1)、所述4H-SiC衬底层(2)和所述4H-SiC外延层(3)依次层叠；
所述第一界面插入层(4)位于所述4H-SiC外延层(3)的一端，所述第二界面插入层(5)位于所述4H-SiC外延层(3)的另一端；
所述第一透明肖特基电极(6)位于所述第一界面插入层(4)上，所述第二透明肖特基电极(7)位于所述第二界面插入层(5)上；
所述InGaN/GaN量子阱层(8)位于所述4H-SiC外延层(3)上且与所述第一界面插入层(4)和所述第二界面插入层(5)均接触；
所述减反阵列(9)分布在所述InGaN/GaN量子阱层(8)上。
2.根据权利要求1所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，所述镜面反射层(1)的材料包括银，厚度为150-250nm；
所述4H-SiC衬底层(2)的厚度为300-500μm，材料包括N+SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为5×1019 cm-3；
所述4H-SiC外延层(3)的厚度为6-14μm，材料包括N-SiC，掺杂元素包括氮离子，掺杂浓度为2 × 1016 cm-3；
所述第一界面插入层(4)的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm；
所述第二界面插入层(5)的材料包括SiCxOy，厚度为3-7nm；
所述第一透明肖特基电极(6)和第二透明肖特基电极(7)的厚度均为8-12nm。
3.根据权利要求1所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，所述InGaN/GaN量子阱层(8)包括若干InGaN/GaN复合层，若干所述InGaN/GaN复合层依次层叠，且所述若干InGaN/GaN复合层中贯穿设置有若干孔洞，所述若干孔洞成阵列分布。
4.根据权利要求3所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，当所述孔洞的形状为圆形时，所述孔洞的直径为500nm-800nm，相邻所述孔洞之间的间距为500nm-800nm。
5.根据权利要求3所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，所述减反阵列(9)包括若干减反结构，所述若干减反结构呈阵列分布，且每个所述减反结构位于相邻两个所述孔洞之间的所述若干InGaN/GaN复合层上。
6.根据权利要求5所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，每个所述减反结构的横截面积由下至上逐渐减小。
7.根据权利要求5所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器，其特征在于，每个所述减反结构的底部宽度为300-500nm，每个所述减反结构的高度为60-70nm，相邻所述减反结构之间的距离为500nm-1μm。
8.一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在4H-SiC衬底层(2)表面生长4H-SiC外延层(3)；
S2、利用氧的等离子体方法对所述4H-SiC外延层(3)的表面进行处理，形成位于所述4H-SiC外延层(3)一端的第一界面插入层(4)和位于4H-SiC外延层(3)另一端的第二界面插入层(5)；
S3、在所述4H-SiC衬底层(2)背面生长镜面反射层(1)；
S4、在所述第一界面插入层(4)上制备第一透明肖特基电极(6)，在所述第二界面插入层(5)上制备第二透明肖特基电极(7)，并对器件进行退火处理；
S5、在所述4H-SiC外延层(3)表面制备InGaN/GaN量子阱层(8)；
S6、在所述InGaN/GaN量子阱层(8)表面制备减反阵列(9)。
9.根据权利要求8所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤S5包括：
S51、在所述4H-SiC外延层(3)表面交替生长若干InGaN/GaN复合层；
S52、在所述若干InGaN/GaN复合层中刻蚀形成若干孔洞，形成所述InGaN/GaN量子阱层(8)。
10.根据权利要求8所述的复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤S6包括：
S61、在所述InGaN/GaN量子阱层(8)表面生长减反层；
S62、对所述减反层进行刻蚀，形成所述减反阵列(9)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210600937.7A CN114678429B (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210600937.7A CN114678429B (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114678429A true CN114678429A (zh) | 2022-06-28 |
| CN114678429B CN114678429B (zh) | 2022-08-26 |
Family
ID=82081119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210600937.7A Active CN114678429B (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114678429B (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054718A (en) * | 1998-03-31 | 2000-04-25 | Lockheed Martin Corporation | Quantum well infrared photocathode having negative electron affinity surface |
| WO2001001494A1 (en) * | 1999-06-25 | 2001-01-04 | California Institute Of Technology | Multi-directional radiation coupling in quantum-well infrared photodetectors |
| WO2005081782A2 (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-09 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Qwip with enhanced optical coupling |
| US20050218414A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-06 | Tetsuzo Ueda | 4H-polytype gallium nitride-based semiconductor device on a 4H-polytype substrate |
| US20070194327A1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-23 | Tetsuzo Ueda | Semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
| JP2007305705A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Fujitsu Ltd | 光検知装置およびその製造方法 |
| 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 |
| CN103346197A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-10-09 | 华中科技大学 | 一种高响应度的AlGaN基量子阱红外探测器及其制备方法 |
| US20140167094A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| US20140291479A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | University Of Massachusetts | Backside Configured Surface Plasmonic Structure For Infrared Photodetector And Imaging Focal Plane Array Enhancement |
| CN104332510A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构 |
| CN111785797A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-10-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种超薄量子阱结构AlGaN日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN112117337A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-22 | 厦门大学 | 具有刻蚀微孔结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备 |
| CN113363345A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-07 | 南京邮电大学 | 基于表面等离激元增强的高速光子集成芯片及制备方法 |
-
2022
- 2022-05-30 CN CN202210600937.7A patent/CN114678429B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054718A (en) * | 1998-03-31 | 2000-04-25 | Lockheed Martin Corporation | Quantum well infrared photocathode having negative electron affinity surface |
| WO2001001494A1 (en) * | 1999-06-25 | 2001-01-04 | California Institute Of Technology | Multi-directional radiation coupling in quantum-well infrared photodetectors |
| WO2005081782A2 (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-09 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Qwip with enhanced optical coupling |
| US20050218414A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-06 | Tetsuzo Ueda | 4H-polytype gallium nitride-based semiconductor device on a 4H-polytype substrate |
| US20070194327A1 (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-23 | Tetsuzo Ueda | Semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
| JP2007305705A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Fujitsu Ltd | 光検知装置およびその製造方法 |
| 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 |
| US20140167094A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| US20140291479A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | University Of Massachusetts | Backside Configured Surface Plasmonic Structure For Infrared Photodetector And Imaging Focal Plane Array Enhancement |
| CN103346197A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-10-09 | 华中科技大学 | 一种高响应度的AlGaN基量子阱红外探测器及其制备方法 |
| CN104332510A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构 |
| CN111785797A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-10-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种超薄量子阱结构AlGaN日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN112117337A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-22 | 厦门大学 | 具有刻蚀微孔结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备 |
| CN113363345A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-07 | 南京邮电大学 | 基于表面等离激元增强的高速光子集成芯片及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FENGYU DU等: "Demonstration of High-Performance 4H-SiC MISIM Ultraviolet Photodetector With Operation Temperature of 550 °C and High Responsivity", 《IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114678429B (zh) | 2022-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10333016B2 (en) | Multi-junction photoelectric conversion device and photoelectric conversion module | |
| EP2359412B1 (en) | Solar cell | |
| JP5777795B2 (ja) | 光起電力素子 | |
| WO2021249344A1 (zh) | 光电探测器及其制备方法 | |
| KR20090035355A (ko) | 고효율 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20130032206A1 (en) | Solar cell | |
| US20110308582A1 (en) | Photoelectric conversion device and manufacturning method thereof | |
| CN116053336A (zh) | 铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法 | |
| US20110308589A1 (en) | Photoelectric conversion device and method for manufacturing the same | |
| TW201234614A (en) | Optoelectronic device and method of fabricating the same | |
| KR20040042209A (ko) | 박막형 실리콘 태양 전지 | |
| CN114678429B (zh) | 一种复合结构的MISIM型4H-SiC紫外探测器及制备方法 | |
| TW201327870A (zh) | 太陽能電池的製備方法 | |
| JP2017126737A (ja) | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 | |
| US20140083486A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing same | |
| US20230411543A1 (en) | Semiconductor substrate, solar cell, and photovoltaic module | |
| CN113964224B (zh) | 半导体紫外探测器芯片及其外延结构 | |
| TWI482295B (zh) | 太陽能電池 | |
| CN112687758A (zh) | 一种碳化硅-硅异质结结构的光电探测器及其制备方法 | |
| TW201322467A (zh) | 太陽能電池、太陽能電池組及其製備方法 | |
| JP5542038B2 (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法、薄膜太陽電池モジュール | |
| JPWO2016114371A1 (ja) | 光電変換素子、それを備えた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム | |
| JP6653696B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| CN218975468U (zh) | 一种发光二极管 | |
| CN113990546B (zh) | 一种具有钝化层表面场的沟槽PiN型β辐照电池及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |