一种镓氮雪崩光电二极管组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及紫外探测器技术领域，特别是涉及镓氮探测器所用的镓氮雪崩光电二极管技术领域，具体为一种镓氮雪崩光电二极管组件。
【背景技术】
[0002]在电磁辐射谱中，波长在10nm-400nm之间的电磁波属于紫外光。太阳是自然界最强的紫外线光源，由于大气层中臭氧等气体分子对280nm以下的紫外光有强烈吸收和散射作用，这一波段的紫外线几乎无法到达地面，因此把波长在200nm-280nm的紫外光称为日盲区；相应地，人们将只对200nm-280nm波段紫外光产生响应信号的探测器称为日盲(或太阳盲)探测器。日盲探测器在军事与国防中有重要的应用意义。因为位于这一波段的太阳光几乎不能到达地球表面，在低空和地面探测到的该波段紫外光信号一般是来自人工发射源，如飞机或导弹等军事目标、或者火灾、环境污染等。因此，日盲紫外探测器在导弹或者卫星预警制导、战场生化试剂探测、火焰探测、臭氧监测、公安侦察、光电对抗、紫外保密通信中都有重要的应用意义。
[0003]当今已投入市场应用、比较常见的紫外探测器有光电倍增管和硅基紫外光电管。光电倍增管虽然探测灵敏度高，但是其体积庞大、工作电压高、容易破碎损坏，在实际应用中有一定的局限。而硅基探测器的探测光谱主要在可见光区，通常需要在硅探测器前端加上复杂的、价格昂贵的滤光系统来除去可见光的干扰，或者采用浅结结构和表面杂质浓度很低的所谓硅紫外增强型探测器，但是这类器件的制作工艺要求很高。
[0004]与传统的光电倍增管和硅基探测器相比，AlInGaN(铝铟镓氮)基紫外探测器具有独特的优势。这是因为AlInGaN基材料具有宽禁带、直接带隙、高迀移率和高电子饱和速率、热稳定性和化学稳定性好、抗辐照等优异的物理和化学性能。特别是三元合金AlGaN(铝镓氮)材料，随着Al、Ga组分的变化，其带隙可以在3.4eV_6.2eV之间连续可调，对应的波长覆盖了 200nm-365nm范围，所以AlGaN材料在制作日盲紫外探测器方面具有独特的优势。然而，要使AlGaN探测器的工作波长处于日盲区(280nm以下)，A1组分必须高于40 %。目前较高晶体质量的高A1组分AlGaN材料很难实现，一般都存在较大的缺陷和位错密度；而且实现较高浓度的P型AlGaN材料也很困难。这些问题严重制约了 AlGaN紫外探测器、特别是AlGaN雪崩光电二极管的发展。这是因为一方面，雪崩光电二极管本身对晶体质量的要求就比普通探测器的高，而高A1组分AlGaN材料中存在的大缺陷和位错密度不仅会使得探测器的暗电流和噪声急剧增加，更为糟糕的是，它们导致的微等离子效应会使得这些区域提前发生雪崩效应，迫使器件的光敏面只能做的很小，不利于大倍增因子的获得。
[0005]与AlGaN紫外探测器相比，镓氮(GaN)探测器的外延生长以及制作工艺技术都相对成熟，高晶体质量的GaN材料以及较高P型掺杂浓度的GaN材料的实现都要比AlGaN的容易得多。特别是GaN雪崩光电二极管由于具有雪崩效应提供的内部增益，可以将光生电流放大几十、上百、甚至成千上万倍，因而能够在强太阳辐射背景下探测到微弱的紫外信号，很容易满足军事、国防等应用领域对高灵敏度紫外探测的需求。但是GaN的禁带宽度为3.4eV，它对波长小于365nm的非日盲紫外光也可以发生响应，由此产生的光电流对日盲波段紫外光的准确探测形成了严重的干扰。因此，一般的GaN雪崩光电二极管并不具备日盲特性，其日盲/非日盲紫外光识别比很低，难以实现对日盲波段紫外光的准确探测。
【实用新型内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种镓氮雪崩光电二极管组件，用于解决现有技术中一般的镓氮(GaN)雪崩光电二极管日盲/非日盲紫外光识另I批很低的技术问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种镓氮(GaN)雪崩光电二极管组件，所述镓氮(GaN)雪崩光电二极管组件包括:镓氮雪崩光电二极管和形成于所述镓氮雪崩光电二极管的衬底的背面的超材料，以使入射光通过超材料之后再进入所述镓氮雪崩光电二极管；所述超材料的电磁共振波长位于280nm-365nm之间。
[0008]优选地，所述超材料包括所述镓氮雪崩光电二极管的衬底背面上的金属薄膜，以及开孔于所述金属薄膜层上且呈周期性排列的十字架结构。
[0009]优选地，所述金属薄膜为银薄膜。
[0010]优选地，所述镓氮雪崩光电二极管的衬底为蓝宝石衬底、镓氮衬底或碳化硅衬底。[0011 ] 优选地，所述十字架结构由开口谐振环结构、一字型结构、Η型结构或开口圆环结构代替。
[0012]如上所述，本实用新型的一种镓氮雪崩光电二极管组件，具有以下有益效果:
[0013]本实用新型无需采用生长和制作工艺均不成熟的AlGaN材料，而是采用生长工艺和制作技术相对成熟的GaN材料，通过在GaN雪崩光电二极管的衬底背面制作超材料将非日盲紫外光大幅吸收，显著减小非日盲紫外光的干扰。因此，本专利的GaN雪崩光电二极管具有灵敏度高、日盲/非日盲紫外光识别比大、工艺制作简单、成本低的优势。
【附图说明】
[0014]图1显示为本实用新型的一种镓氮雪崩光电二极管组件的结构示意图。
[0015]图2显示为本实用新型实施例中所涉及超材料的结构示意图。
[0016]图3显示为本实用新型实施例中所述超材料的透射光谱分析图。
[0017]元件标号说明
[0018]1衬底
[0019]2镓氮缓冲层
[0020]3η型镓氮层
[0021]4i 型 GaN 层
[0022]5p 型 GaN 层
[0023]6η型电极
[0024]7Ρ型电极
[0025]8绝缘钝化层
[0026]9超材料
[0027]10入射光
【具体实施方式】
[0028]以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0029]本实用新型的目的在于提供一种镓氮雪崩光电二极管组件，用于解决现有技术中硅探测器容易受可见光干扰的技术问题。以下将详细阐述本实用新型的一种镓氮雪崩光电二极管组件的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的一种镓氮雪崩光电二极管组件。
[0030]本实施例提供一种镓氮雪崩光电二极管组件，如图1所示，所述镓氮雪崩光电二极管组件包括:
[0031]镓氮(GaN)雪崩光电二极管和超材料9，所述超材料9形成于所述镓氮雪崩光电二极管的衬底的背面，使入射光通过超材料9之后再进入所述镓氮雪崩光电二极管。
[0032]其中GaN雪崩光电二极管的组成结构为:在蓝宝石衬底1上依次生长有GaN缓冲层2、η型GaN层3、i型GaN层4、ρ型GaN层5、η型电极6、ρ型电极7、绝缘钝化层8。光线10从衬底的背面入射。
[0033]在本实施例中，在蓝宝石衬底1的背面还有超材料9。超材料9是由制作在蓝宝石衬底的背面上具有特定图案的银薄膜组成。也就是靠近入射光10的那一面还有一层很薄的、具有特定图案的银薄膜所形成的超材料9。超材料9的存在使得本专利探测器的性能与普通的GaN雪崩光电二极管有了很大的不同。
[0034]优选地，所述超材料9的电磁共振波长为位于280nm-365nm之间。
[0035]普通的p-1-n型GaN雪崩光电二极管的结构不包含超材料9，只包含了蓝宝石衬底1、GaN缓冲层2、η型GaN层3、i型GaN层4、ρ型GaN层5、η型电极6、ρ型电极7、绝缘钝化层8。这种普通的p-1-n型GaN雪崩光电二极管对波长小于365nm(该波长对应于GaN的带隙波长)的紫外光均可以发生响应，因此非日盲波段的紫外光也可以产生光电流，因而对日盲波段紫外光的准确探测形成严重的干扰。
[0036]优选地，所述镓氮(GaN)雪崩光电二极管采用的是p_i_n结构或p-1-n-1_n结构。
[0037]超材料的英文名称是metamaterial，它具备天然材料所不具有的超常规电磁特性。一般采用人工设计的多个结构单元来实现超材料的超常规电磁特性，结构单元的尺寸参数远小于电磁波波长。由于超材料的性质主要取决于结构单元的尺寸、单元之间的相互作用，所以这种结构单元又被称为超原子或超分子。
[0038]根据超材料和金属等离子电磁共振理论可知，组成超材料的材料特性与结构单元的尺寸参数共同决定了超材料的电磁共振波长λΓ。当外部入射电磁波的波长接近λΓ的时候，金属中的自由电子会发生强烈的局域等离子共振，吸收大量电磁波的能量，导致该波长及其附近的电