专利名称：一种用于紫外探测的雪崩光电二极管及其制备方法和工作方法
技术领域：
本发明属于半导体光电子器件技术领域，涉及紫外探测用雪崩光电二极管，具体为一种用于紫外探测的雪崩光电二极管及其制备方法和工作方法。
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新一类光电探测技术。由于其在军事和民用方面的重要应用，紫外探测技术多年来一直受到世界各主要国家的优先发展。目前，紫外探测器主要分真空探测器件和固体探测器件两大类。真空探测器件主要是基于紫外光电倍增管。紫外光电倍增管虽然已经被开发多年，并已经被实际应用到紫外预警系统上(如美国和德国合作研制的AAR-60系统)；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较大，而且功耗和成本都非常高，因而限制了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要的固体紫外探测器。固体紫外探测器是一种新型的紫外探测器件，包括紫外增强型硅光电二极管， 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，这些探测器在航天航空领域的应用受到限制。新一代宽禁带半导体材料(以禁带宽度大于2. MV为基本特征)的出现，如氮化镓 (GaN)，氧化锌(ZnO)，碳化硅(SiC)，钻石(Diamond)等，为高性能紫外探测器的研究和应用开发注入了新的活力。在紫外探测应用领域，宽禁带半导体对紫外光的吸收由其禁带宽度所决定，因而具有天然的频段选择性而不需要加配滤波器；同时，宽禁带半导体材料还往往具有导热性能好、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。常规的紫外探测器件结构包括光导型，PIN型、MSM型、肖特基型，以及雪崩二极管(Avalanche Photo-diode, APD)型等。光导型探测器虽然可以具有较高的增益，但器件的响应速度很慢，且暗电流普遍较高，使其仅限于对反应速度和信噪比要求低的应用领域。 PIN型、MSM型、和肖特基型紫外探测器都是较为成熟的器件类型，在暗电流、带宽、和量子效率等关键指标方面均可以做得很高；但这三种器件均没有增益，这样就限制了它们对微小信号的探测能力。和常规的光电二极管相比，雪崩光电二极管是具有内部光电流增益的半导体光电子器件。它利用光生载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增。这种器件具有小型、灵敏、快速等优点，特别适用于微弱光信号的探测和接收，在国防预警与跟踪、航空航天、生命科学和其他光电转换处理系统中应用广泛；性能优异的雪崩光电二极管甚至可以实现单光子探测。传统的雪崩光电二极管基本采用PIN结构，其特征是在P和N半导体材料之间加入一层低掺杂的本征antrinsic)半导体层，如图1 ；由于这一低掺杂本征层的存在，二极管在反向偏压时，电压几乎全部降落在深耗尽的I层上。其工作原理是当二极管被加上足够高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增；当载流子的雪崩增益非常高时，二极管就进入到雪崩击穿状态。由于碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增，因而雪崩光电二极管可具有内部的光电流增益。从工作状态来说，雪崩光电二极管实际上是工作在接近但没有达到雪崩击穿状态。目前，基于宽禁带半导体，特别是GaN基材料的PIN雪崩光电二极管已经有所报道。虽然这些器件展示出了若干吸引人的性能指标，如雪崩增益可以超过10000，但综合性能不高，离实用化还有一段距离。研制这些器件所面临的主要技术难点包括(1)制备工艺复杂，不仅需要精确生长多层半导体外延结构，而且工艺制备需要采用台面刻蚀，N型和P型欧姆接触，表面钝化处理等；(2)受半导体材料晶体质量限制，器件的成品率和可靠性不高。具体来讲，目前主流的宽禁带半导体材料，如GaN，&ι0，都需要采用异质外延方法生长在其他衬底材料上，因此沿外延生长方向薄膜中就存在许多位错，这些位错将贯穿整个PIN结构并平行于外加电场方向，成为器件在高场工作模式下的薄弱区域，可造成器件过早地发生破坏性击穿；(3)可靠的掺杂控制仍是PIN结构外延生长的难点。目前，主要的宽禁带半导体材料普遍存在N型或P型掺杂困难的问题，例如P型掺杂GaN基材料的空穴浓度很难做高， 而且如果要制作日盲波段的紫外探测器，高Al组分AlGaN材料的P型掺杂则更是世界范围的难题；ZnO基材料的P型掺杂很不稳定，到底哪种元素是合适的P型杂质还没有定论；而 diamond则是天然的P型材料，对其进行N型掺杂反而不易。
发明内容
本发明要解决的问题是现有宽禁带半导体PIN结构雪崩紫外光电二极管面临包括制备工艺复杂、成品率低、可靠性差、以及难以实现有效掺杂控制等难点，需要发现新型器件结构与技术来有效克服以上问题。本发明的技术方案为一种用于紫外探测的雪崩光电二极管，包括衬底、缓冲层、 宽禁带半导体光吸收层、以及至少一对肖特基电极第一肖特基电极和第二肖特基电极; 衬底上依次为缓冲层、宽禁带半导体光吸收层，第一肖特基电极与第二肖特基电极为两个背对背肖特基电极，呈水平分布，直接覆盖在宽禁带半导体光吸收层上。雪崩光电二极管设有肖特基电极的一侧覆盖绝缘介质钝化层，绝缘介质钝化层上对应肖特基电极设有引线孔。上述用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法包括以下步骤1)在衬底上外延生长紫外雪崩光电二极管晶片的外延层，外延层结构在衬底上从下到上包括缓冲层、宽禁带半导体光吸收层；2)采用半导体微加工方法制作金属-半导体-金属平面电极结构，包括制备至少一对背靠背肖特基电极第一肖特基电极和第二肖特基电极，制备得到的肖特基电极位于宽禁带半导体光吸收层的同一侧，在宽禁带半导体光吸收层上呈水平横向分布；3)在制备了金属-半导体-金属平面电极结构的半导体芯片表面覆盖绝缘介质钝化层，并通过半导体微加工方法在肖特基电极上面刻蚀出引线孔，得到雪崩光电二极管。宽禁带半导体光吸收层的禁带宽度大于2. kV，并且载流子浓度小于lX10wcm_3，其厚度介于50nm到Imm之间，宽禁带半导体包括GaN，AlN, ZnO, SiC, diamond,及其三元或四元合金材料。衬底、缓冲层和宽禁带半导体光吸收层皆为晶体材料，缓冲层的厚度在0到 100 μ m之间，衬底和缓冲层的材料与宽禁带半导体光吸收层的材料可以是同种材料，也可以是不同材料；如为不同材料，衬底和缓冲层的材料与宽禁带半导体光吸收层的材料之间的晶格失配应小于25%。第一肖特基电极与第二肖特基电极之间的平均间距介于0. 1 μ m到Imm之间；肖特基电极材料为金属或其他导电介质材料，所述金属包括Pt、Ni、Al、Au及其多层膜或合金， 所述其他导电介质材料包括ITO、AZO和ΙΖ0，肖特基电极厚度介于Inm到100 μ m之间；肖特基电极形态包括叉指型，圆环型等。绝缘介质钝化层的厚度介于Inm到50 μ m之间，介质钝化材料包括Si0x、SiNx, A1203、A1N 禾口 polyimide。雪崩光电二极管的封装方式视入射探测光方向的不同，包括正面连线方式和倒装方式。 上述用于紫外探测的雪崩光电二极管的工作方法为1)雪崩光电二极管工作时，在一对肖特基电极之间施加高电压，使得其中一个肖特基电极相对于与之接触的宽禁带半导体光吸收层正偏，另一个肖特基电极相对于与之接触的宽禁带半导体光吸收层反偏；2)待探测的紫外光透射入雪崩光电二极管，包括以下两种方式1)待探测的紫外光从雪崩光电二极管设有肖特基电极的一面直接透射入宽禁带半导体光吸收层；幻如果衬底及缓冲层对待探测的紫外光不完全吸收，待探测的紫外光也可以从雪崩光电二极管的衬底侧入射，并透射到宽禁带半导体光吸收层；雪崩光电二极管对紫外光的探测波长范围由宽禁带半导体光吸收层的禁带宽度决定，只有能量大于宽禁带半导体禁带宽度的光子才能被宽禁带半导体光吸收层选择性吸收并探测；3)步骤1)中的高电压使反偏的肖特基电极附近的宽禁带半导体光吸收层中形成深耗尽区，耗尽区中的最高电场接近或达到所对应宽禁带半导体材料的临界击穿电场，光生载流子一旦被激发，即发生雪崩连锁反应，实现光电流的雪崩增益；所述雪崩光电二极管由碰撞电离效应引起光生载流子的雪崩倍增，具有内部光电流增益。所加高电压在10-500V之间，造成的光电流的雪崩增益系数在10以上，雪崩光电二极管在雪崩状态下的量子效率超过1000%。本发明结合宽禁带半导体的物理特性与工艺特点，提出了一种新型的金属-半导体-金属MSM平面结构宽禁带半导体紫外雪崩光电二极管设计及其制备方法，可以低成本地制备高可靠性紫外雪崩探测器。本发明的核心思想是针对宽禁带半导体晶体质量普遍不高和双导电类型掺杂困难的问题，采用高反向偏压的肖特基结来实现具有强电场的紫外敏感耗尽区，当耗尽区中的电场达到所对应宽禁带半导体的临界击穿电场时，就可以实现雪崩操作；此外，采用水平背对背肖特基接触结构可使半导体耗尽区内的强场近似垂直于半导体薄膜的外延生长方向，可降低材料中结构缺陷对器件性能的影响，提高器件的可靠性。本发明所提出的新型金属-半导体-金属MSM平面结构宽禁带半导体紫外雪崩光电二极管与传统PIN结构雪崩光电二极管相比存在以下主要优势1)制备过程简单只需要外延生长单层的半导体薄膜材料；芯片工艺不需要台面刻蚀，原则上只需要进行一次光刻和金属化工艺。简化的制备工艺不仅可以大大节约制备成本，而且可以有效提高器件的成品率。2)仅需要单一导电类型的半导体掺杂由于杂质能级在禁带中位置较深，目前常见的宽禁带半导体材料往往存在掺杂困难，或者是难于实现N型掺杂，或者是难于实现P型掺杂；这一情况对实现传统PIN结构雪崩光电二极管非常不利。本发明所提出的MSM结构雪崩光电二极管仅需要对宽禁带半导体材料进行单一导电类型的掺杂，大大降低了外延生长的难度。3)可有效提高器件的可靠性在MSM水平结构雪崩光电二极管中，强电场和载流子的输运方向与半导体薄膜中位错延伸的方向近乎垂直，这样就不易发生通过位错等晶体薄弱区域而发生的破坏性击穿，大大提高了器件的稳定性。此外，由于位错等晶体缺陷对器件性能的不良影响减弱，大感光面积的MSM水平结构雪崩光电二极管就更容易实现，这对许多重要应用非常有益。值得指出的是本发明所提出的器件虽然与传统的金属-半导体-金属MSM光探测器在结构上有一定相似性，但两种器件的工作原理却有本质不同。传统的MSM光探测器是工作下低电压模式下，单纯利用半导体耗尽区的电场来驱动光生载流子直至被电极所收集；因此，传统MSM光探测器理论上没有电流增益，最高量子效率不会超过100%。而本发明所提出的MSM雪崩光电二极管是工作在高电压模式下，半导体耗尽区处于接近发生雪崩击穿的状态，一旦有光生载流子在半导体内部被激发就会发生连锁雪崩倍增；因此，本发明所提出的器件是利用高场下的雪崩电流增益效应而工作，其增益系数根据偏压不同可以从 10增加到IO6以上，所对用的量子效率可以大大超过100%。
图1为PN结的雪崩击穿示意图。图2为本发明雪崩光电二极管原理示意图。图3为本发明金属-半导体-金属MSM结构紫外雪崩光电探测器结构示意图。图4为本发明实施例GaN基MSM紫外雪崩光电二极管的截面结构示意图。图5为图4实施例的俯视图。图6为本发明实施例的光电流、暗电流以及倍增因子随电压的变化关系，图中，横坐标为偏置电压(V)，左纵坐标为电流(A)，右纵坐标为倍增因子。图7为本发明实施例的光谱响应曲线，图中，横坐标为入射光波长，单位nm，纵坐标为光谱响应度，单位A/W。
具体实施例方式如图3，本发明的雪崩光电二极管包括衬底101、缓冲层102a、宽禁带半导体光吸收层102b、以及至少一对肖特基电极第一肖特基电极103和第二肖特基电极104 ；衬底 101上依次为缓冲层10 、宽禁带半导体光吸收层102b，第一肖特基电极103与第二肖特基电极104为两个背对背肖特基电极，呈水平分布，直接覆盖在宽禁带半导体光吸收层102b上。雪崩光电二极管设有肖特基电极的一侧覆盖绝缘介质钝化层105，绝缘介质钝化层105 上对应肖特基电极设有引线孔。本发明提出了一种新型的金属-半导体-金属MSM平面结构宽禁带半导体紫外雪崩光电二极管，结构和原理简图如图2所示在单一掺杂的宽禁带半导体材料上直接制备两个水平结构的背对背肖特基电极，宽禁带半导体材料可以为N型或P型或本征型，图中显示为N型，器件工作时，在两肖特基电极之间施加高电压，紫外探测光可以从器件电极侧入射或从器件背面，也就是衬底侧入射，图中为由电极侧入射；高电压可以使反偏的肖特基下方形成高场耗尽区，耗尽区中的平均场强随偏压的增加而增大；当耗尽区中的电场强度达到宽禁带半导体材料所对应的临界击穿场强时，器件就会发生雪崩击穿。由于碰撞电离效应也可以引起光生载流子的雪崩倍增，因而该二极管是具有内部光电流增益的雪崩光电二极管。从工作状态来说，该雪崩光电二极管实际上是工作在接近但没有达到雪崩击穿状态， 其对紫外探测光的选择性响应由其构成的宽禁带半导体材料的禁带宽度所决定。本发明所提出的紫外雪崩光电二极管具有制备工艺简单，对外延层只需要单一导电类型掺杂，可靠性高，和适合大面积制作等优点。上述金属-半导体-金属MSM平面结构宽禁带半导体紫外雪崩光电二极管的制备方法，包括以下步骤1)在同质或异质衬底上外延生长外延生长紫外雪崩光电二极管晶片的外延层，外延层结构在衬底上从下到上包括缓冲层102a、宽禁带半导体光吸收层102b，宽禁带半导体光吸收层102b可以是单层膜，也可以是多层膜，其基本特征是宽禁带半导体光吸收层102b 为禁带宽度大于2. 5eV,并且载流子浓度小于1 X IO18Cm-3的宽禁带半导体材料，其厚度介于 50nm到之间。典型的宽禁带半导体包括GaN，A1N，ZnO，SiC，diamond，及其三元或四元合金材料等；其中，缓冲层10 的厚度在0到100 μ m之间，衬底101、缓冲层10 和宽禁带半导体光吸收层102b皆为晶体材料，衬底101和缓冲层10 的材料与宽禁带半导体光吸收层102b的材料可以是同种材料，也可以是不同材料；如为不同材料，衬底101和缓冲层 102a的材料与宽禁带半导体光吸收层102b的材料之间的晶格失配应小于25%。2)利用半导体微加工方法在宽禁带半导体光吸收层102b上制备至少两个水平结构的背靠背肖特基电极，也就是金属-半导体-金属平面电极结构，制备得到的肖特基电极位于宽禁带半导体光吸收层102b的同一侧，；电极材料一般为金属，也可以是其他导电材料，所述金属包括Pt、Ni、Al、Au及其多层膜或合金，所述其他导电介质材料包括ITO、AZO 和ΙΖ0，电极厚度介于Inm到IOOym之间；电极可以采用多种形态，如叉指型，圆环型等，其基本特征是两电极之间的平均间距介于0. 1 μ m到Imm之间。3)器件表面可以覆盖钝化层以提高器件的可靠性，再通过半导体微加工方法在肖特基电极上面刻蚀出引线孔，得到雪崩光电二极管。如果覆盖钝化层，则钝化层的厚度介于 Inm到ΙΟμπι之间。器件的封装可以采用多种形式，根据待探测光的入射方向，可采用常规的正面连线，也可采用倒装方式。4)在正常工作模式下，需在器件的两个水平电极之间施加高电压，视两电极之间的平均间距的不同，所加电压一般介于IOV到500V之间，所加电压的基本特征是可以使加反偏电压的肖特基电极附近的半导体耗尽区内发生雪崩击穿，即器件内部存在雪崩电流增
下面通过具体实施例，GaN基MSM紫外雪崩光电二极管，来说明本发明的实施，同质外延GaN基MSM紫外雪崩光电二极管的制作过程如下1)在自支撑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生长GaN缓冲层和GaN光吸收层，其中自支撑GaN衬底的厚度为320 μ m，掺杂浓度为1.99X IO18CnT3，霍尔电子迁移率为^3cm2/V · s ；GaN缓冲层厚度为1 μ m，掺杂浓度为 3 X IO18CnT3 ；GaN光吸收层厚度为3 μ m,掺杂浓度为3 X IO16cnT3 ；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半透明的叉指型第一肖特基电极与第二肖特基电极；电极采用Ni(5nm)/Au(5nm)双层金属，叉指电极宽度为10 μ m，两叉指电极间距为 IOym,叉指电极长度均为400 μ m，两肖特基电极直接水平覆盖在GaN光吸收层上；4)在制备了 MSM共平面电极的芯片表面采用等离子体增强化学气相沉积方法覆盖120nm厚的绝缘介质氮化硅SiNx薄膜，作为钝化层以及抗反射膜；5)通过半导体微加工方法在肖特基电极上面刻蚀出引线孔；6)采用半导体微加工方法在肖特基电极的引线孔上制作接触电极(Pad)，接触电极采用Ti (40nm) /Au (IOOnm)双层金属。制备得到的GaN基MSM紫外雪崩光电二极管的结构如图4和图5所示。所制得雪崩光电二极管在工作过程中，在两肖特基电极之间施加高电压，使反向偏置肖特基电极下方的GaN耗尽层处于临近雪崩击穿状态；待测紫外光从器件上方入射。以下通过以下实验装置对本发明的二极管器件进行测试，其测试方法和结果如下雪崩光电二极管的光电流、暗电流以及光谱响应通过Keithley电流源表进行测量，精确度可达到10fA。光源为500W的氙灯，由单色仪进行分光，单色光的强度通过一个标准的紫外增强硅基探测器进行校准。测试得到的器件光电流、暗电流以及倍增因子如图6所示。从图6中可以看出，本发明雪崩光电二极管的击穿电压约为134V，在145V的偏压下，雪崩倍增因子高达1188 ；证明该类型器件确实可以工作在雪崩工作模式下，并具有显著的雪崩光电流增益。图7给出了本发明器件的光电响应曲线。响应曲线在365nm附近有一个明显的截止边，对应GaN材料3. 4eV的禁带宽度；在20V偏压下，器件的紫外光/可见光抑制比 (365nm/450nm)可高达IO5 ；表明本发明雪崩光电二极管在紫外探测中，能够在基本不受可见光的影响下有效地对紫外光进行探测。
权利要求
1.一种用于紫外探测的雪崩光电二极管，其特征是包括衬底(101)、缓冲层(10 )、宽禁带半导体光吸收层(102b)、以及至少一对肖特基电极第一肖特基电极(10 和第二肖特基电极(104)；衬底(101)上依次为缓冲层(10 )、宽禁带半导体光吸收层(102b)，第一肖特基电极(10 与第二肖特基电极(104)为两个背对背肖特基电极，呈水平分布，直接覆盖在宽禁带半导体光吸收层(102b)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于紫外探测的雪崩光电二极管，其特征是雪崩光电二极管设有肖特基电极的一侧覆盖绝缘介质钝化层(105)，绝缘介质钝化层(10 上对应肖特基电极设有引线孔。
3.权利要求1或2所述的一种用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法，其特征是包括以下步骤1)在衬底(101)上外延生长紫外雪崩光电二极管晶片的外延层，外延层结构在衬底上从下到上包括缓冲层(10 )、宽禁带半导体光吸收层(102b)；2)采用半导体微加工方法制作金属-半导体-金属平面电极结构，包括制备至少一对背靠背肖特基电极第一肖特基电极(10 和第二肖特基电极(104)，制备得到的肖特基电极位于宽禁带半导体光吸收层(102b)的同一侧，在宽禁带半导体光吸收层(102b)上呈水平横向分布；3)在制备了金属-半导体-金属平面电极结构的半导体芯片表面覆盖绝缘介质钝化层 (105)，并通过半导体微加工方法在肖特基电极上面刻蚀出引线孔，得到雪崩光电二极管。
4.根据权利要求3所述的用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法，其特征是宽禁带半导体光吸收层(102b)的禁带宽度大于2. kV，并且载流子浓度小于lX1018cm_3，其厚度介于50nm到Imm之间，宽禁带半导体包括feiN，AlN, ZnO, SiC, diamond,及其三元或四元合金材料。
5.根据权利要求3所述的用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法，其特征是衬底 (101)、缓冲层(102a)和宽禁带半导体光吸收层(102b)皆为晶体材料，缓冲层(102a)的厚度在0到100 μ m之间，衬底(101)和缓冲层(102a)的材料与宽禁带半导体光吸收层(102b) 的材料可以是同种材料，也可以是不同材料；如为不同材料，衬底(101)和缓冲层(102a)的材料与宽禁带半导体光吸收层(102b)的材料之间的晶格失配应小于25%。
6.根据权利要求3所述的用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法，其特征是第一肖特基电极(103)与第二肖特基电极(104)之间的平均间距介于0. Ιμπι到Imm之间；肖特基电极材料为为金属或其他导电介质材料，所述金属包括Pt、Ni、Al、Au及其多层膜或合金，所述其他导电介质材料包括ΙΤ0、ΑΖ0和ΙΖ0，肖特基电极厚度介于Inm到IOOym之间； 肖特基电极形态包括叉指型，圆环型等。
7.根据权利要求3所述的用于紫外探测的雪崩光电二极管的制备方法，其特征是绝缘介质钝化层(105)的厚度介于Inm到50 μ m之间，介质钝化材料包括Si0x、SiNx、Al203、AlN 禾口 polyimide。
8.权利要求1或2所述的一种用于紫外探测的雪崩光电二极管的工作方法，其特征是雪崩光电二极管工作时，1)在一对肖特基电极之间施加高电压，使得其中一个肖特基电极相对于与之接触的宽禁带半导体光吸收层(102b)正偏，另一个肖特基电极相对于与之接触的宽禁带半导体光吸收层(102b)反偏；2)待探测的紫外光透射入雪崩光电二极管，包括以下两种方式1)待探测的紫外光从雪崩光电二极管设有肖特基电极的一面直接透射入宽禁带半导体光吸收层(102b) ；2)如果衬底(101)及缓冲层(102a)对待探测的紫外光不完全吸收，待探测的紫外光也可以从雪崩光电二极管的衬底侧入射，并透射到宽禁带半导体光吸收层(102b)；雪崩光电二极管对紫外光的探测波长范围由宽禁带半导体光吸收层(102b)的禁带宽度决定，只有能量大于宽禁带半导体禁带宽度的光子才能被宽禁带半导体光吸收层(102b)选择性吸收并探测；3)步骤1)中的高电压使反偏的肖特基电极附近的宽禁带半导体光吸收层(102b)中形成深耗尽区，耗尽区中的最高电场接近或达到所对应宽禁带半导体材料的临界击穿电场， 光生载流子一旦被激发，即发生雪崩连锁反应，实现光电流的雪崩增益；所述雪崩光电二极管由碰撞电离效应引起光生载流子的雪崩倍增，具有内部光电流增益。
9.根据权利要求8所述的一种用于紫外探测的雪崩光电二极管的工作方法，其特征是所加高电压在10-500V之间，造成的光电流的雪崩增益系数在10以上，雪崩光电二极管在雪崩状态下的量子效率超过1000%。
全文摘要
一种用于紫外探测的雪崩光电二极管及其制备方法和工作方法，雪崩光电二极管包括衬底、缓冲层、宽禁带半导体光吸收层、以及至少一对肖特基电极；衬底上依次为缓冲层、宽禁带半导体光吸收层，所述一对肖特基电极背对背呈水平分布，直接覆盖在宽禁带半导体光吸收层上。本发明针对宽禁带半导体晶体质量普遍不高和双导电类型掺杂困难的问题，采用高反向偏压的肖特基结来实现具有强电场的紫外敏感耗尽区，当耗尽区中的电场达到所对应宽禁带半导体的临界击穿电场时，就可以实现雪崩操作；此外，采用水平背对背肖特基接触结构使半导体耗尽区内的强场近似垂直于半导体薄膜的外延生长方向，降低材料中结构缺陷对器件性能的影响，提高器件的可靠性。
文档编号H01L31/107GK102237416SQ20111018677
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者乔德瑞, 朱廷刚, 谢峰, 陆海 申请人:江苏能华微电子科技发展有限公司