基于多孔DBR的InGaN基谐振腔增强型探测器芯片的制作方法

本发明涉及垂直腔面谐振腔增强型光电探测器，尤其涉及一种基于多孔布拉格反射镜(dbr)的ingan基垂直腔面谐振腔增强型探测器芯片。

背景技术：

当前，可见光通信在智能家居和智慧城市领域展现出了广阔的应用前景。作为可见光通信系统的重要环节，光接收端的光电转换效率和响应速度将直接制约可见光通信的传输距离和传输速率。目前光接收端多采用传统的si基或gaas、gap基等商用半导体可见光探测器，但这类传统探测器容易受到户外复杂通信环境中的背景信号干扰。gan及其三元化合物algan和ingan具有宽带隙以及带隙可调的特点，因此，gan基器件在紫外光以及可见光光电应用上独具优势。gan基材料具有优异的热稳定性及化学稳定性，并且具有较强的抗辐照能力，这使得gan基光电器件可以胜任极端条件下的工作。此外，gan基材料还具有高的电子漂移速度，利于制备高频光电探测器件。特别是ingan可见光探测器，从可见光通信系统的一体化集成上来看，ingan基探测器与可见光通信中常用的光发射端，ingan/gan量子阱发光二极管，在材料体系上相同，且制备工艺上兼容，因此极具潜力。

目前研制的ingan基可见光探测器在器件性能水平上仍然与si基等可见光探测器有较大差距，主要体现在量子效率低。通常提高量子效率的方法是增加吸收层的厚度。但是对于ingan材料而言，在gan上外延得到厚层的ingan非常困难，往往会出现相分离、in聚合、高背景载流子浓度以及纳米范围内材料不均匀等问题，这些问题在高in组分的厚层ingan中更为严重。通常的解决方法是制备ingan/gan超晶格结构，来缓解各层应力，抑制相分离，从而使ingan的有效厚度得到增加。然而这种方法得到的ingan层有效厚度依然有限。此外，通过增加吸收层厚度的方法来提高探测器的量子效率，会增加光生载流子在吸收层内的漂移时间，制约探测器的响应速度。

本发明提出在ingan基探测器上采用谐振腔结构，促使光波在谐振腔内往复行进形成光电增强效应，从而在厚度有限的ingan吸收层上获得较高的量子效率，同时又不制约其响应速度。另外，采用谐振腔结构的探测器，还可以利用谐振腔内的模式选择，实现特定波长如蓝光的选择性响应，大幅度提升探测器的波长识别能力以及抗干扰能力。通过ingan中in组分的调制，可以调控谐振腔探测器的响应波长，这有利于实现不同波长的复用通信，即波分复用，从而大大扩展通信带宽。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种基于多孔dbr的ingan基谐振腔增强型探测器芯片，具有制备工艺简单、成本低且重复率高的用于ingan基谐振腔探测器的底部反射镜。

本发明提供一种基于多孔dbr的ingan基谐振腔增强型探测器芯片，包括：

一衬底；

一缓冲层，形成于所述衬底的上表面；

一底部多孔dbr层，形成于所述缓冲层的上表面；

一n型gan层，形成于所述底部多孔dbr层的上表面，所述n型gan层的一侧向下形成有台面，另一侧为凸起，所述台面的深度小于所述n型gan层的厚度；

一有源区，形成于所述n型gan层的上表面；

一p型gan层，其形成于所述有源区的上表面；

一侧壁钝化层，为绝缘介质，形成于所述p型gan层部分的上表面及凸起的n型gan层、有源区和p型gan层的侧壁，并覆盖部分n型台面的表面，该p型gan层上表面的侧壁钝化层中间有一窗口；

一透明导电层，形成于所述侧壁钝化层及其窗口处p型gan层的上表向；

一n电极，形成于n型gan层的台面上；

一p电极，其制作在侧壁钝化层上表面的周围，并覆盖部分透明导电层；

一顶部介质dbr层，形成于所述透明导电层及p电极的上表面。

本发明的有益效果是，由于只需外延轻重掺杂交替的gan层，不仅不存在晶格失配的问题，还有利于外延结构中应力的释放，可以改善晶体的外延质量，外延过程相对简单可控且重复率高，而且底部反射镜是直接嵌入芯片内部，利于实际应用。另外，多孔dbr是在轻重掺杂交替的gan层的基础上采用电化学的方法制备，实现过程简单且成本低。多孔dbr结构可以从根本上突破ingan基谐振腔探测器对于高反射率底部反射镜的技术壁垒。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并参照附图对本发明做进一步详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明多孔dbr扫描电子显微镜图片；

图3本发明中的多孔dbr扫描电子显微镜对应的反射谱图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于多孔dbr的ingan基谐振腔增强型探测器芯片。此ingan基谐振腔探测器结构包含：

一衬底10，平面蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。其它可用于外延的衬底还包括硅、碳化硅或玻璃；

一缓冲层11，形成与所述衬底10的上表面。该层以高纯纯氨气作为氮源，三甲基镓或三乙基镓作为ga源，先低温生长gan形核层，再高温生长非故意掺杂gan层。其它可作为缓冲层的还有石墨烯或氧化锌；

一底部多孔dbr层12，形成于所述缓冲层11的上表面。该层由轻重掺杂交替的gan层经电化学腐蚀得到，掺杂剂为硅烷，重掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3，轻掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3。

一n型掺杂gan层13，形成于所述底部多孔dbr层12的上表面，所述n型gan层13的一侧向下形成有台面13’，另一侧为凸起，所述台面13’的深度小于所述n型gan层13的厚度。掺杂剂为硅烷，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3。该n型掺杂gan层用于电化学腐蚀形成多孔dbr的电流扩展层，同时也作为器件工作时的电子注入层；

一有源层14，形成于所述n型gan层13的上表面。该层为ingan/gan超晶格层或量子阱层，其它有源层还包括algan/gan。

一p型掺杂gan层15，其形成于所述有源区14的上表面。该层掺杂剂为二茂镁，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

一侧壁钝化层20，为绝缘介质sio2，形成于所述p型gan层15部分的上表面及凸起的n型gan层13、有源区14和p型gan层15的侧壁，并覆盖部分n型台面13’的表面，该p型gan层15上表面的侧壁钝化层20中间有一窗口。该层做侧壁钝化作用，减少器件的表面复合电流，其它可用作侧壁钝化层的材料还包括si3n4、hfo2或al2oa。

一透明导电层16，形成于所述侧壁钝化层2()及其窗口处p型gan层15的上表面。该层为掺铟氧化锡层，作为透明电极与p型掺杂gan层形成欧姆接触。其它可替代的掺铟氧化锡层材料包括金属薄膜、掺铝氧化锌、石墨烯或纳米银线。

一n电极18，形成于n型gan层13的台面13’上，所用金属体系为cr/al/ti/au，其它可用作电极的金属体系还包括ni/au，cr/pt/au，ni/ag/pt/au，ti/au，ti/pt/au。

一p电极19，其制作在侧壁钝化层2o上表面的周围，并覆盖部分透明导电层16，所用的金属体系为cr/al/ti/au，其它可用作电极的金属体系还包括ni/au，cr/pt/au，ni/ag/pt/au，ti/au，ti/pt/au。

一顶部介质dbr层17，形成于所述透明导电层16及p电极19的上表面。该层为sio2/tio2介质层dbr，作为顶部反射镜。其它可替代的dbr包括sio2/ta2o5、zro2/sio2、sio2/al2o3或tio2/al2o3介质层dbr。该介质层中可包含一层相位调整层，以调整谐振腔中的电场分布。

图2给出了一种多孔dbr层12的扫描电子显微镜图片。图中多孔gan层为经电化学腐蚀后的重掺杂gan层，未腐蚀的gan层为非故意掺杂层。图3为此多孔dbr的反射谱图，图中横坐标为光波长，纵坐标为反射率，从反射谱图中可以看出，该dbr在520nm附近具有极高的反射率以及较宽的高反射带。

值得说明的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。