一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939242A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211692951.0(22)申请日2022.12.28(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市经济技术开发区东南湖大路3888号(72)发明人蒋科王炳翔黎大兵孙晓娟吕顺鹏贲建伟(74)专利代理机构深圳市科进知识产权代理事务所(普通合伙)44316专利代理师刘建伟(51)Int.Cl.H01L31/0352(2006.01)H01L31/107(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器及其制备方法(57)摘要本发明提供一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器及其制备方法，属于半导体技术领域。本发明的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，从下至上依次包括衬底，GaN缓冲层，n‑GaN层，超晶格结构层，i‑GaN层，p‑GaN层，以及位于台面上的p电极和位于刻蚀区n‑GaN层上方的n电极；载流子于超晶格内发生雪崩倍增，通过超晶格结构的带阶实现载流子的能量提升及碰撞离化，外偏压仅满足载流子可跨越带阶的需求即可，可避免由于高偏压下器件内部高场强导致的器件击穿和缺陷漏电等问题；同时可以利用通过更改超晶格的周期数来控制其雪崩倍增的次数。本发明提供的GaN基超晶格紫外雪崩探测器的制备方法，工艺简单，可批量制备，适合工业化生产。CN115939242ACN115939242A权利要求书1/1页1.一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，从下至上依次包括衬底，GaN缓冲层，n‑GaN层，超晶格结构层，i‑GaN层，p‑GaN层，以及位于台面上的p电极和位于刻蚀区n‑GaN层上方的n电极；所述超晶格结构层为GaN/InN超晶格，或GaN/InGaN超晶格。2.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述衬底为蓝宝石或GaN衬底。3.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述n‑GaN层的厚度>300nm，掺杂浓度>5×1018cm‑3。4.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述超晶格结构层中重复周期数量≥10，单个周期的厚度≤10nm，其中GaN材料的厚度≤5nm，InN或InGaN材料的厚度≤5nm。5.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述i‑GaN层为吸收层，为非故意掺杂，厚度为100‑300nm。6.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述p‑GaN层的厚度为100‑200nm，掺杂浓度>5×1018cm‑3。7.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，所述n电极为欧姆接触电极，依次沉积Ti、Al、Ni和Au制得，其中Au的沉积厚度≥100nm。8.根据权利要求1所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器，其特征在于，p电极为欧姆接触电极，为Ni、Pt、Au和ITO中的任意一种或两种及以上的合金薄膜，总厚度≥250nm。9.一种权利要求1‑8任意一项所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在所述衬底上生长所述GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长所述n‑GaN层；在所述n‑GaN层上生长所述超晶格结构层；在所述超晶格结构层上生长所述i‑GaN层；在所述i‑GaN层上生长所述p‑GaN层；刻蚀器件台面，刻蚀至暴露出所述n‑GaN层；在台面上制备所述p电极，在台面下位于刻蚀区n‑GaN层上方制备所述n电极。10.根据权利要求9所述的GaN基超晶格紫外雪崩探测器的制备方法，其特征在于，外延生长的方法均为MOCVD或MBE；刻蚀器件台面采用ICP技术刻蚀，台面为圆台或方台；所述p电极和n电极采用光刻、电子束蒸发、溅射和快速热退火工艺制备。2CN115939242A说明书1/3页一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器及其制备方法技术领域[0001]本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种GaN基超晶格紫外雪崩探测器及其制备方法。背景技术[0002]紫外雪崩探测器是电晕检测、加密通讯、空间成像等系统的探测模块的核心元器件。当前使用的雪崩探测器主要是光电倍增管，体积大、耗能高、造价假高且脆弱易碎，而Si基的雪崩探测器需要前置昂贵易老化的滤波片才可进行紫外探测，因此迫切需要一种体积小、功耗低、稳定性好的新型固态紫外探测器作为替代。GaN基材料是直接宽禁带半导体材料，禁带宽度在0.9eV至6.2eV之间连续可调，且具有很好的热稳定性和化学稳定性，是制备新一代深紫外固态APD的理想材料。[0003]当前，GaN基的紫外雪崩探测器通常采用