高浓度的P型GaN材料，其自由空穴浓度大于IX 1017cnT3。缓冲层102的厚度为100纳米，N型短波过滤层103的厚度为500纳米，N型阻挡层104的厚度为100纳米，I型吸收层105的厚度为500纳米，P型欧姆接触层106厚度为70纳米。理论上是p型欧姆接触层106的厚度越薄越好，但过薄会导致P电极工艺上无法控制。阻挡层104需优化N型掺杂，使势皇层(阻挡层104)的能带偏移尽量降落在价带上，从而保持导带偏移越低越好。这里的阻挡层104需优化N型掺杂是指需要根据N型短波过滤层的掺杂浓度来确定该层的掺杂，同时又要保证该掺杂浓度不会导致价带有较大的偏移，掺杂浓度大于I X 118CnT3是优化后的结果。
[0030]如图2和图3，所示本发明一种新型GaN基PIN结构紫外探测器的工作原理是，当采用背照射入光方式进行工作时，在小反偏压条件下，当紫外光从衬底101入射到N型短波过滤层103时，光子能量大于短波过滤层禁带宽度的紫外光将被吸收。光生空穴为少子，在反向偏压的作用下将有一部分向耗尽区(I型吸收层105)漂移或扩散，剩余部分被复合。所加偏压较小不足以将短波过滤层耗尽，因此光生载流子主要是靠扩散进入吸收区，由于N型阻挡层104的存在，空穴必须要经过势皇层(N型阻挡层104)才能进入耗尽区，而阻挡层材料形成的势皇阻挡了光生空穴进入耗尽区，因此能够更为有效的抑制短波响应，从而提高短波抑制比。入射紫外光中只有光子能量小于Ala3Gaa7N材料禁带宽度的紫外线成分才能进入耗尽区(I型吸收层105)，光生空穴很容易通过有源区(P型欧姆接触层106)到达P型欧姆接触电极107被吸收，而光生电子由于运动在耗尽区的强电场中具有较高的能量，很容易越过较小的导带势皇被N型欧姆接触电极108接收，有源区的光信号几乎不会受到势皇的影响，这部分窄带宽的紫外线将被吸收形成探测信号。同时，由于势皇的存在，表面漏电通道将被势皇阻挡，在外加小偏压的作用下无法通过隧穿通过势皇，因此该结构具有较低的暗电流。
[0031]本发明提出的一种新型GaN基PIN新结构紫外探测器，相比于传统背照射PIN结构紫外探测器来说，本发明提出的采取高铝组分的宽带隙阻挡层结构能有效的提高短波抑制比，降低暗电流，器件性能明显改善。此外，本发明新型GaN基PIN新结构紫外探测器该探测器的结构优势可被用于红外及其它窄波段探测器，所用半导体材料可以是InGaAs、HgCdTe等窄直接带隙或其它化合物可调直接带隙材料。
[0032]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种新型GaN基PIN结构紫外探测器，该紫外探测器包括: 一衬底(101)； 一缓冲层(102)，该缓冲层(102)外延在衬底(101)上; 一 N型短波过滤层(103)，该N型短波过滤层(103)制作在缓冲层(102)上； 一 I型吸收层(105)； 一 P型欧姆接触层(106)，该P型欧姆接触层(106)制作在I型吸收层(105)之上一 P型欧姆接触电极(107)，该P型欧姆接触电极(107)制作在P型欧姆接触层(106)之上； 一 N型欧姆接触电极(108)，该N型欧姆接触电极(108)为环形结构，且制作在N型短波过滤层(103)上；其特征在于:该紫外探测器还包括一 N型阻挡层(104)，所述N型阻挡层(104)制作在N型短波过滤层(103)上，所述I型吸收层(105)制作在N型阻挡层(104)上。
2.根据权利要求1所述的新型GaN基PIN结构紫外探测器，其特征在于:所述衬底(101)为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
3.根据权利要求1所述的新型GaN基PIN结构紫外探测器，其特征在于: 所述缓冲层(102)为低温外延的AlN材料； 所述N型短波过滤层(103)为高电子浓度的N型AlxGahN材料，其中O彡x彡1，掺杂浓度大于IXlO18Cnr3; 所述N型阻挡层(104)为高电子浓度的N型AlyGa1J材料，其中l，y>x，掺杂浓度大于IXlO18Cm-3; 所述I型吸收层(105)为非故意掺杂的N型AlzGa1=N材料，其中O < z < 1，z < x ;所述P型欧姆接触层(106)为高浓度的P型GaN材料，其自由空穴浓度大于I X 117Cm 3O
4.根据权利要求3所述的新型GaN基PIN结构紫外探测器，其特征在于:所述N型AlxGa1^xN材料中的X = 0.1，所述N型AlyGahyN材料中的y = 0.3，所述N型AlzGa1=N材料中的z = O。
5.根据权利要求3所述的新型GaN基PIN结构紫外探测器，其特征在于:所述缓冲层(102)的厚度为100纳米?300纳米，所述N型短波过滤层(103)的厚度为300纳米?500纳米，所述N型阻挡层(104)的厚度为100纳米?200纳米，所述I型吸收层(105)的厚度为150纳米?500纳米，所述P型欧姆接触层(106)厚度为70纳米。
6.根据权利要求5所述的新型GaN基PIN结构紫外探测器，其特征在于:所述缓冲层(102)的厚度为100纳米，所述N型短波过滤层(103)的厚度为500纳米，所述N型阻挡层(104)的厚度为100纳米，所述I型吸收层(105)的厚度为500纳米。
【专利摘要】本发明公开了一种新型GaN基PIN结构紫外探测器，属于半导体光电子器件技术领域，该器件包括衬底、缓冲层、N型短波过滤层、I型吸收层、P型欧姆接触层、P型欧姆接触电极、N型欧姆接触电极以及N型阻挡层，缓冲层外延在衬底上，N型短波过滤层制作在缓冲层上，P型欧姆接触层制作在I型吸收层之上，P型欧姆接触电极制作在P型欧姆接触层之上，N型欧姆接触电极为环形结构，且制作在N型短波过滤层上，N型阻挡层制作在N型短波过滤层上，I型吸收层制作在N型阻挡层上。本发明的优点在于能够有效地提高探测器的短波抑制比，通过调节不同外延层组份可以选择探测器波段，同时阻挡层能够降低探测器暗电流，从而提高探测器性能。
【IPC分类】H01L31-0352, H01L31-105
【公开号】CN104779316
【申请号】CN201510149432
【发明人】王俊, 谢峰, 郭进, 王皖君, 王国胜, 周杰
【申请人】中国电子科技集团公司第三十八研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月30日