CN210167365U - 一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，包括N型自支撑GaN衬底、同质外延N型GaN缓冲层、同质外延非故意掺杂GaN吸收层、欧姆接触电极层、半透明肖特基电极、介质钝化层和接触电极。本实用新型的优点在于采用同质外延结构有效降低外延结构的位错密度，从而减少了器件的在高压情况下的缺陷击穿，同时器件采用共平面的电极结构设计，电场方向与位错方向垂直，减少器件的漏电流进一步提高器件的信噪比，有利于微弱紫外目标信号的检测。

Description

一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器

技术领域

本实用新型涉及半导体光电器件技术领域，具体涉及一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器。

背景技术

紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用的探测技术。紫外探测技术的核心是研制高灵敏的紫外探测器。目前，已投入商业和军事应用的紫外探测器，主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、成像型紫外变像管、紫外增强器、紫外摄像管及固态紫外探测器等，其中较常用的是真空紫外光电倍增管和Si基紫外光电二极管。虽然紫外光电倍增管已经被开发多年，并且具有稳定性好、暗电流低、响应速度快、电流增益高等优点，并已经被实际应用到紫外预警系统上；但由于其体积大、功耗多、工作电压高等缺点，由它组装而成的紫外成像系统体积也相应较大，而且功耗和成本都非常高，因而限制了其在紫外成像系统的应用。

在这一背景下，各国一直在注重发展能够满足应用需求的固体紫外雪崩探测器。包括硅基紫外雪崩二极管、GaAs和GaP等紫外探测器以及基于宽禁带半导体的紫外探测器。虽然基于硅材料和其它常规III-V族化合物半导体的紫外探测器工艺已经较成熟，但由于这些材料具有较小的禁带宽度，相应探测器必须要加装价格昂贵的滤波器才可以有选择性地工作在紫外波段。此外，受滤波器较大体重的影响，这些探测器在航空航天等领域的应用受到限制。新一代宽禁带半导体材料特别是GaN材料的出现，为高性能紫外探测器的研究和应用开发注入了新的活力。因其具有天然的频段选择性而不需要加装滤波器，同时GaN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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，降低了外延结构的位错密度。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，包括

N型自支撑GaN衬底；

在所述N型自支撑GaN衬底正面的同质外延N型GaN缓冲层；

在所述同质外延N型GaN缓冲层正面的同质外延非故意掺杂GaN吸收层；

在所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层上制作的欧姆接触电极层；

在所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层上制作的半透明肖特基电极；

在所述半透明肖特基电极正面淀积的介质钝化层，所述介质钝化层上刻蚀有能显露半透明肖特基电极的引线孔；

在所述引线孔的位置制作的接触电极，所述接触电极延伸至引线孔内而与半透明肖特基电极连接。

进一步改进在于，所述欧姆接触电极层形状为环形。

进一步改进在于，所述半透明肖特基电极形状为圆形。

进一步改进在于，所述半透明肖特基电极选用Ni/Au电极、Pt/Au电极或者石墨烯电极。

进一步改进在于，所述介质钝化层为SiO₂或Al₂O₃层。

进一步改进在于，所述N型自支撑GaN衬底的厚度为350μm，其载流子浓度为2×10¹⁸cm^-3，所述同质外延N型GaN缓冲层的厚度为1μm，其载流子浓度为5×10¹⁸cm^-3，所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层的厚度为3μm，所述欧姆接触电极层的厚度为2μm，所述半透明肖特基电极的厚度为3nm-5nm，所述介质钝化层的厚度为200nm，所述接触电极的厚度为2μm。

另外，所述欧姆接触电极层、半透明肖特基电极和接触电极均是采用电子束蒸发方法制作而成。

本实用新型的有益效果在于：采用同质外延结构有效降低外延结构的位错密度，从而减少了器件的在高压情况下的缺陷击穿，同时器件采用共平面的电极结构设计，电场方向与位错方向垂直，减少器件的漏电流进一步提高器件的信噪比，有利于微弱紫外目标信号的检测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图中：101、N型自支撑GaN衬底；102、同质外延N型GaN缓冲层；103、同质外延非故意掺杂GaN吸收层；104、欧姆接触电极层；105、半透明肖特基电极；106、介质钝化层；107、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。

结合图1和图2所示，一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器的实施例结构，包括：

1)在N型自支撑GaN衬底101上采用金属有机物化学气相沉积的方法分别同质外延N型GaN缓冲层102和同质外延非故意掺杂GaN吸收层103，其中：N型自支撑GaN衬底101的厚度为350μm，掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3,霍尔电子迁移率为265cm²/V·s；GaN缓冲层厚度为1μm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3；同质外延非故意掺杂GaN吸收层103的厚度为3μm；

2)对生长好的外延片进行标准的半导体清洗工艺；

3)采用半导体微加工方法制作环形的欧姆接触电极层104，电极采用Ti(80nm)Al(120nm)/Ni(100nm)/Au(1.7μm)，内环直径为220μm，外环直径为350μm；以及圆形的半透明肖特基电极105，电极采用Ni(2.5nm)/Au(2.5nm)双层金属，电极直径为200μm；

4)在制备了圆形的半透明肖特基电极105的芯片表面采用等离子体增强化学气相沉积方法覆盖200nm厚绝缘介质SiO₂薄膜的介质钝化层106，作为钝化层以及抗反射膜；

5)通过半导体微加工方法在半透明肖特基电极105上面刻蚀出引线孔；

6)采用半导体微加工方法在半透明肖特基电极105的引线孔上制作接触电极107(Pad)，接触电极107采用Ti(200nm)/Au(1.8μm)双层金属。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：包括

N型自支撑GaN衬底(101)；

在所述N型自支撑GaN衬底(101)正面的同质外延N型GaN缓冲层(102)；

在所述同质外延N型GaN缓冲层(102)正面的同质外延非故意掺杂GaN吸收层(103)；

在所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层(103)上制作的欧姆接触电极层(104)；

在所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层(103)上制作的半透明肖特基电极(105)；

在所述半透明肖特基电极(105)正面淀积的介质钝化层(106)，所述介质钝化层(106)上刻蚀有能显露半透明肖特基电极(105)的引线孔；

在所述引线孔的位置制作的接触电极(107)，所述接触电极(107)延伸至引线孔内而与半透明肖特基电极(105)连接。

2.根据权利要求1所述的一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：所述欧姆接触电极层(104)形状为环形。

3.根据权利要求1所述的一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：所述半透明肖特基电极(105)形状为圆形。

4.根据权利要求1所述的一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：所述半透明肖特基电极(105)选用Ni/Au电极、Pt/Au电极或者石墨烯电极。

5.根据权利要求1所述的一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：所述介质钝化层(106)为SiO₂或Al₂O₃层。

6.根据权利要求1所述的一种同质外延GaN肖特基势垒型紫外雪崩探测器，其特征在于：所述N型自支撑GaN衬底(101)的厚度为350μm，其载流子浓度为2×10¹⁸cm^-3，所述同质外延N型GaN缓冲层(102)的厚度为1μm，其载流子浓度为5×10¹⁸cm^-3，所述同质外延非故意掺杂GaN吸收层(103)的厚度为3μm，所述欧姆接触电极层(104)的厚度为2μm，所述半透明肖特基电极(105)的厚度为3nm-5nm，所述介质钝化层(106)的厚度为200nm，所述接触电极(107)的厚度为2μm。

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