一種微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器及其製備方法
2023-05-22 20:18:16 2
專利名稱：一種微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及紫外光電探測器技術領域,尤其涉及一種微納米線陣列(Microwireor Nanowire Array)結構紫外雪崩光電探測器及其製備方法。
背景技術：
紫外光電探測器廣泛應用於火災探測、環境監測和海上油監等民用領域，同時也在保密衛星空間通信和飛彈尾焰探測等軍事應用上發揮著重要的作用。但是，這部分信號源通常極其微弱，其準確探測要求紫外探測器件具有高光電流增益以實現高探測靈敏度。在各類型光電探測器中，雪崩光電二極體是實現探測器件高光電流的一種最常見的實現方法。該類型器件通過給光電二極體施加高反向偏置電場，使光生載流子在高場的作用下發生碰撞電離，並進而實現雪崩增益。為了進一步提高微弱光探測能力，近年來出現了單光子探測技術。即能夠探測到光的最小能量子一光子，並對其進行計數。為了實現半導體光電探測器的單光子探測，通常採用的方法是使雪崩光電二極體處於蓋革模式下工作。蓋革模式要求雪崩光電二極體所加反向偏置電壓大於其擊穿電壓。有研究表明，當半導體材料中存在缺陷時，在高反向偏壓作用下(高場下)，將會誘發微等離子體擊穿。(參見文獻[I] OSINSKY A, SHURMS，GASKA Rj et al. Avalanche breakdown and breakdown luminescence in p- J1-nGaN diodes [J]. Electron Lett, 1998，34(7): 691-2.)微等離子體擊穿電壓小於半導體材料的本徵雪崩電壓，這使得缺陷密度較大的半導體材料難以實現蓋革模式。例如，對於目前異質外延生長的AlGaN，其線缺陷密度高達IO9-1O11Cnf2，以較少的缺陷密度來估算，109cm_2=10 μ m_2，即在Iym2的範圍內，平均存在著10個線缺陷。如此，對於(300nm)2=0. 09 μ m2範圍內，平均僅存在著I個線缺陷。為此，除了進一步提高外延生長質量外，還可通過減小器件的尺寸以抑制微等離子體擊穿的產生。當器件處於納米量級時，微等離子體擊穿能夠得到明顯抑制。隨著半導體外延水平的提高，若半導體材料的線缺陷密度達到107cm_2=0.1 μ m_2,則 10 μ m2的尺寸亦可有效抑制微等離子體擊穿。由此，可製成微納米線雪崩光電二極體來避免微等離子體擊穿。但是，單個微納米線雪崩光電二極體的受光面積太小，極大影響其探測性能。故可採用微納米線陣列雪崩光電二極體實現更高性能的探測。目前的微納米線陣列雪崩光電二極體更多是考慮其微納米線的相關性質與應用前景，而並非出於減小尺寸從而降低單個器件缺陷數量方面的考慮，不能很好地兼顧缺陷數量與受光面積兩方面，並且它們由選擇區域金屬氧化物化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)的方法來生長。採用選擇區域MOCVD或者MBE方法生長的微納米線陣列雪崩光電二極體存在以下問題
a)微納米線可控性較差。腔體內反應複雜，少數微納米線生長方向的偏差會導致整個微納米線陣列雪崩光電二極體的失效，成品率不高。b)微納米線陣列均勻性不好。採用原位直接生長的微納米線陣列，難以保證每根微納米線的質量都一樣，個體之間的差異性較大，影響器件的可靠性。另外，雖然採用MBE原位生長的GaN納米線陣列PIN光電二極體也有報導，(參見文獻[2] ANDRES DE LUNA B, MARIA T, GffENOLE J, et al. Visible-blind photodetectorbased on p-1-n junction GaN nanowire ensembles [J]. Nanotechnology, 2010,21 (31): 315201.)但是其所採用的是正入射的方法，即探測信號從探測器正面入射，並且該器件採用ITO作為P型電極，這使其對於日盲區的紫外光存在較大的吸收，影響探測器性倉泛。
發明內容
本發明解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可控性強、器件可靠性高，並且能夠有效提高器件性能的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器及其製備方法。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下
一種微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，採用背面入射結構，從下往上依次包括襯底、緩衝層、非故意摻雜層、第一 η型摻雜層和第二 η型摻雜層；
在第二η型摻雜層表面中部設有由多個微納米線單元形成的微納米線陣列，所述每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體，其從下往上依次包括第三η型摻雜層、低摻雜或非故意摻雜有源層和P型摻雜層；
所述相鄰兩個微納米線單元的間隙均填充有絕緣介質層，所述位於兩端的微納米線單元的側面也覆蓋有絕緣介質層；所述第二 η型摻雜層上表面兩側位置設有η型歐姆接觸電極，在P型摻雜層上覆蓋有P型歐姆接觸電極；
所述非故意摻雜層和第一 η 型摻雜層的禁帶寬度大於所需探測信號的單個光子能量，所述第二 η型摻雜層、第三η型摻雜層、低摻雜或非故意摻雜有源層、P型摻雜層的禁帶寬度相等且小於或等於所需探測信號的單個光子能量。也就是說，所述第二 η型摻雜層、第三η型摻雜層、低摻雜或非故意摻雜有源層、P型摻雜層具有正常禁帶寬度，而所述非故意摻雜層和第一 η型摻雜層具有較大的禁帶寬度。上述微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器的製備方法，包括以下步驟
步驟一，利用半導體外延生長法在襯底上依次生長緩衝層、非故意摻雜層、第一 η型摻
雜層、第二 η型摻雜層、第三η型摻雜層、低摻雜或非故意摻雜有源層以及P型摻雜層；步驟二，採用介質膜沉積法沉積一層介質層，並採用光刻技術或納米顆粒塗覆技術製作掩膜層，使得掩膜層僅覆蓋住預製備PIN結構光電二極體的區域，對樣品進行刻蝕，刻蝕深度到達第二 η型摻雜層頂部，以獲得微納米線陣列結構，所述微納米線陣列中每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體；每個微納米線單元的直徑以及各微納米線的間距小於或等於10 μ m,同時第二 η型摻雜層上表面兩側位置的各層材料也被刻蝕掉形成了器件臺面結構(Mesa)；
步驟三，對器件進行表面處理，以修復刻蝕帶來的晶格損傷，同時進行P型摻雜層受主活化處理；
步驟四，採用光刻技術製作掩膜層，覆蓋第二 η型摻雜層上表面兩側預製作電極的位置，利用沉積法或塗覆法在微納米線單元之間的間隙以及器件的其他露出區域上覆蓋絕緣介質層；步驟五，採用化學機械研磨法和納米研磨劑，對絕緣介質層上表面進行研磨，以露出P型摻雜層表面；所述納米研磨劑的硬度小於P型摻雜層，大於絕緣介質層；打磨的時候，只需要磨去絕緣介質膜的上表面，露出微納米柱頂端的P型摻雜層表面，兩側的絕緣層可保留，也可以打磨掉；
步驟六，對P型摻雜層表面進行表面處理，以修復研磨損傷；
步驟七，採用光刻圖形技術製作出η型歐姆接觸區域，沉積η型金屬形成η型歐姆接觸電極；
步驟八，採用光刻圖形技術在P型摻雜層表面製作出P型歐姆接觸區域，沉積P型金屬形成P型歐姆接觸電極。上述步驟三和步驟六中的表面處理方法可以是用酸或鹼溶液進行溼法腐蝕、等離子體處理或氮氣保護氣體中熱處理等表面刻蝕導入缺陷的恢復處理，並可根據需要再上述三種方法之一處理之後配合進行熱退火處理方式。優選的，所述步驟一中的半導體外延生長法，包括金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延法(ΜΒΕ)、化學分子束外延法(CBE)或氫化物氣相外延法(HVPE);步驟一中生長的各層半導體材料主要包括II1-V族或I1-VI族化合物及其三元或四元合金；步驟二中的刻蝕方法可以採用幹法刻蝕或溼法刻蝕；步驟四中絕緣介質層的沉積方法為等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)，塗覆法採用旋轉塗覆方法；所述步驟七和步驟八中金屬的沉積方法為電子束蒸發法或者濺射法。另外，為了配合本發明器件的背面入射結構，步驟一中在緩衝層上沉積了一層具有更大禁帶寬度的n型摻雜層，以防止入射光被吸收。優選的，每個微納米線單元的直徑小於或等於1 μ m ;每個微納米線單元之間的間隔小於或等於1 μ m。通過本發明的製備方法製備出直徑為微米或者納米量級的PIN雪崩光電二極體，可以抑制在高反向偏置電場下的微等離子體擊穿現象，以實現蓋革模式下的單光子探測。通過刻蝕的方法將均勻的薄膜雪崩光電二極體分割成孤立的微納米線PIN雪崩光電二極體。優選的,所述非故意摻雜層的厚度為0-3 μ m。優選的，所述第一 n型摻雜層的厚度為0-3 μ m,電子濃度為3X 1017Cm-3 1Xl019cm-3 ;所述第二 n型摻雜層的厚度為0-l00nm，所述第三η型摻雜層的厚度為20-300nm，所述第二 n型摻雜層和第三n型摻雜層的電子濃度為3 X 1017CnT3 1Xl01W30優選的,所述低摻雜或非故意摻雜有源層的厚度為5-500 nm。優選的，所述P型摻雜層為單層結構或者是由第一 P型摻雜層和第二 P型摻雜層疊加的雙層結構，第二 P型摻雜層在第一 P型摻雜層上方，所述第二 P型摻雜層的禁帶寬度與第一 P型摻雜層相等。採用兩層P型摻雜層結構的目的是為了更易於形成歐姆接觸。優選的，所述第一 P型摻雜層厚度為5-500 nm,空穴濃度為1X 1017Cm~l X 1019cm-3,第二 p型摻雜層的厚度為5-200 nm，第二 p型摻雜層空穴濃度為3X1017cm_3 lX1019cm_3。與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是本發明的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器及其製備方法，利用光刻技術和刻蝕方法，製備過程中的可控性更強，能夠更加準確地控制微納米線的位置與尺寸，使得製備出器件的微納米線均勻性更好，器件可靠性更高，更加適合大規模量產。本發明微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器採用背面入射方式，一方面可以避免P型電極製作困難，另一方面，對於一些空穴碰撞電離係數比電子大的材料，還可實現最大雪崩增益路徑，提高器件性能。另外，本發明的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，微納米線單元為微米或者納米量級的PIN雪崩光電二極體，這樣可以抑制在高反向偏置電場下的微等離子體擊穿現象，從而實現蓋革模式下的單光子探測。
圖1為本發明的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器結構示意圖2-圖7為本發明的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器製備流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。實施例1
如圖1所示，為本發明的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器結構示意圖，採用背面入射結構，從下往上依次包括襯底1、緩衝層2、非故意摻雜層3、第一 η型摻雜層4和第二η型摻雜層5。 在第二 η型摻雜層5表面中部設有由多個微納米線單元形成的微納米線陣列，每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體，其從下往上依次包括第三η型摻雜層6、低摻雜或非故意摻雜有源層7、第一 P型摻雜層8和第二 P型摻雜層9。相鄰兩個微納米線單元的間隙均填充有絕緣介質層10，位於兩端的微納米線單元的側面也覆蓋有絕緣介質層10 ;第二 η型摻雜層5上表面兩側位置設有η型歐姆接觸電極12，在第二 P型摻雜層9上覆蓋有P型歐姆接觸電極11。非故意摻雜層3和第一 η型摻雜層4的禁帶寬度大於所需探測信號的單個光子能量，第二 η型摻雜層5、第三η型摻雜層6、低摻雜或非故意摻雜有源層7、第一 ρ型摻雜層8和第二 P型摻雜層9的禁帶寬度相等，且這幾層材料層的禁帶寬度小於或等於所需探測信號的單個光子能量。本實施例中器件的各層材料如下襯底I為雙面光學級拋光的(001)面藍寶石襯底，緩衝層2為AlN緩衝層1，用於防止入射光被吸收的非故意摻雜層3為非故意摻雜^lo. 6^ . 4N層3(又稱為U-Ala6Gaa4N層)。弟一 η型慘雜層4為η型慘雜Ala6Gaa4N層4(又稱為n_Ala6GaQ.4N層)，弟_. η型慘雜層5為η型慘雜Ala4Gaa6N層5，弟二 η型慘雜層6為η型慘雜Ala 4Ga0 6N層6。低慘雜或非故思慘雜有源層7為低慘雜Ala 4Ga0 6N層或者非故思摻雜Ala4Gaa6N層(又分別稱之為1-Ala4Gaa6N層或者U-Ala4Gaa6N層)。第一 ρ型摻雜層8為P型摻雜Ala4Gaa6N層8 (又稱為p-Ala4Gaa6Ν層)，為了更易於形成歐姆接觸而設置的第二 P型摻雜層9為ρ型摻雜GaN層9。絕緣介質層10為SiO2介質層10，ρ型歐姆接觸電極11是Ti/Al/Ni/Au合金，η型歐姆接觸電極12為Ni/Au合金。「Ti/Al/Ni/Au合金」的含義是從下往上依次蒸鍍上一層T1、一層Al、一層Ni和一層Au，由這四層金屬的複合層(即合金)作為電極。Ni/Au合金的含義同上。各層材料的具體參數為低溫AlN緩衝層2的厚度為30_50nm ;非故意摻雜Ala6Gaa4N層3的厚度為0-1 μ m ;優選地，η型摻雜Ala6Gaa4N層4的厚度為0-1 μ m,電子濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19CnT3 ;n型摻雜Ala4Gaa6N層5的厚度為0-100 nm,電子濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19CnT3 ;n 型摻雜 Ala4Gaa6N 層 6 的厚度為 20-200 nm,電子濃度為 3 X IO17cm_3 lX1019 cm_3 ;低摻雜Ala4Gaa6N層或者非故意摻雜Ala4Gaa6NM 7的厚度為150_250nm ；P型摻雜Ala4Gaa6N層8的厚度為20-200 nm,空穴濃度為I X IO17 cm-3 I X IO19CnT3 ；p型摻雜GaN層9的厚度為20-200 nm，空穴濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19 cm—3 ;每個微納米線單元的直徑小於或等於I μ m ;每個微納米線單元之間的間隔小於或等於I μ m，優選的，每根微納米線的直徑為10-800 nm,每根微納米線之間間隔為80-900nm。上述微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器製備方法，包括以下步驟
步驟一，如圖2所示，利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或者分子束外延(MBE)方式在在雙面光學級拋光的藍寶石襯底I上依次沉積AlN緩衝層2、非故意摻雜Ala6Gaa4N層3、η型摻雜Ala6Gaa4N層4、η型摻雜Ala4Gaa6N層5和6、低摻雜Ala4Gaa6N層或者非故意摻雜Ala4Gaa6N層7、ρ型摻雜的Ala4Gaa6N層8和ρ型摻雜的GaN層9 ;非故意摻雜3和η型摻雜Ala6Gaa4N層4的禁帶寬度大於所需探測信號的單個光子能量，η型摻雜Ala4Gaa6NM 5和6、低摻雜Ala4Gaa6N層或者非故意摻雜Ala4Gaa6N層7、ρ型摻雜的Ala4Gaa6N層8和ρ型摻雜的GaN層9的禁帶寬度相等且小於或等於所需探測信號的單個光子能量；
步驟二，如圖3所示，採用介質膜沉積法沉積一層介質層，並採用光刻技術或納米顆粒塗覆技術製作掩膜層，使得掩膜層僅覆蓋住預製備PIN結構光電二極體的區域，對樣品進行刻蝕，刻蝕深度到達η型摻雜5頂部，以獲得微納米線陣列結構，微納米線陣列中每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體；同時第二 η型摻雜層上表面兩側位置的各層材料也被刻蝕掉形成了器件臺面結構(Mesa);
步驟三，對器件進行溼法腐蝕、等離子體處理或熱處理等表面刻蝕導入缺陷的恢復處理和熱退火，以修復刻蝕帶來的晶格損傷，同時進行P型摻雜的GaN層9受主Mg活化處理；步驟四，採用光刻技術製作掩膜層，覆蓋第二 η型摻雜層上表面兩側預製作電極的位置，利用沉積法在微納米線單元`之間的間隙以及器件的其他露出區域上覆蓋SiO2介質層10，如圖4所示；也可以採用電子束光刻技術，利用旋轉塗覆方法填充上含氫矽酸鹽(HSQ)樹脂作為絕緣介質層；
步驟五，採用化學機械研磨法和納米研磨劑，對SiO2介質層10上表面進行研磨，以露出P型摻雜的GaN層9表面，如圖5所示；納米研磨劑的硬度小於P型摻雜的GaN層9，大於SiO2介質層10 ；
步驟六，對P型摻雜的GaN層9表面進行溼法腐蝕、等離子體處理或熱處理等表面刻蝕導入缺陷的恢復處理，以修復研磨損傷；
步驟七，如圖6所示，採用光刻圖形技術製作出η型歐姆接觸區域，沉積η型金屬Ti/Al/Ni/Au，在氮氣環境中合金形成η型歐姆接觸電極12 ；
步驟八，如圖7所示，採用光刻圖形技術在ρ型摻雜層表面製作出ρ型歐姆接觸區域，沉積P型金屬Ni/Au，在空氣環境中合金形成ρ型歐姆接觸電極11。需要說明的是，步驟一中的η型摻雜Alci 4Gatl 6N層5和6通常是採用一次生長而成，只是刻蝕的時候注意掌握深度。被刻蝕出凹槽的部分稱為η型摻雜Ala4Gaa6N層6，而未刻蝕到的部分稱為η型摻雜Ala4Gaa6N層5。實施例2
本實施例與實施例1類似，區別僅在於，各材料層的參數略有不同，本實施例中器件的各層材料如下襯底I為雙面光學級拋光的(001)面藍寶石襯底，緩衝層2為BeO緩衝層1，用於防止入射光被吸收的非故意摻雜層3為非故意摻雜Bea 7Ζη0 30層3(又稱為u_Bea 7Ζη0 30層)。弟一 η型慘雜層4為η型慘雜Bea 7Ζηα 30層4 (又稱為n_Bea 7Ζηα 30層)，弟_- η型慘雜層5為η型慘雜Bea4Zna6O層5，弟二 η型慘雜層6為η型慘雜Bea4Zna6O層6。低慘雜或非故思慘雜有源層7為低慘雜Bea4Ζη0 60層或非故思慘雜的Bea4Ζη0 60層(又分別稱之為i_Bea 4Ζηα 60層或U-Bea4Zna6O層)。弟一 ρ型慘雜層8為ρ型慘雜Bea4Zna6O層8 (又稱為P-Bea4Zna6O層)，為了更易於形成歐姆接觸而設置的第二 ρ型摻雜層9為ρ型摻雜ZnO層9。絕緣介質層10為SiO2介質層10，ρ型歐姆接觸電極11是Ti/Al/Ni/Au合金，η型歐姆接觸電極12為Ni/Au合金。各層材料的具體參數為BeO緩衝層2的厚度為30_50nm ;非故意摻雜Bea7Zna3O層3的厚度為O-1ym;優選地，η型摻雜Betl. 7Ζηα 30層4的厚度為O-lym，電子濃度為3X 1017cm_3 I X 10·19cm_3 ; η型摻雜Bea4Zna6O層5的厚度為0-100 nm，電子濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19CnT3 ； η 型摻雜 Be0.4Ζη0.60 層 6 的厚度為 20-200 nm,電子濃度為 3 X IO17cm—3 I X IO19 cm—3 ;低摻雜Bea4Zna6O層或者非故意摻雜的Bea4Zna6O層7的厚度為150-250nm ；p 型摻雜 Be0.4Zn0.60 層 8 的厚度為 20-200 nm,空穴濃度為 IXlO17 cm-3 I X IO18cnT3 ；p 型摻雜ZnO層9的厚度為20-200 nm，空穴濃度為3 X IO17CnT3 I X IO18 cm—3 ;每個微納米線單元的直徑小於或等於I μ m ;每個微納米線單元之間的間隔小於或等於I μ m，優選的，每根微納米線的直徑為10-800 nm，每根微納米線之間間隔為80_900nm。以上所述為較佳實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，採用背面入射結構，從下往上依次包括襯底(I)、緩衝層(2)、非故意摻雜層(3)、第一 η型摻雜層(4)和第二 η型摻雜層(5);在第二 η型摻雜層(5)表面中部設有由多個微納米線單元形成的微納米線陣列，所述每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體，其從下往上依次包括第三η型摻雜層(6)、低摻雜或非故意摻雜有源層(7)和P型摻雜層；所述相鄰兩個微納米線單元的間隙均填充有絕緣介質層(10)，所述位於兩端的微納米線單元的側面也覆蓋有絕緣介質層；所述第二 η型摻雜層(5)上表面的兩側位置設有η型歐姆接觸電極(12 )，在P型摻雜層上覆蓋有P型歐姆接觸電極(11);所述非故意摻雜層(3)和第一 η型摻雜層(4)的禁帶寬度大於所需探測信號的單個光子能量，所述第二 η型摻雜層(5)、第三η型摻雜層(6)、低摻雜或非故意摻雜有源層(7)、P 型摻雜層的禁帶寬度相等且小於或等於所需探測信號的單個光子能量。
2.根據權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，每個微納米線單元的直徑小於或等於I μ m ;每個微納米線單元之間的間隔小於或等於I μ m。
3.根據權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，所述非故意摻雜層(3)的厚度為0-3 μ m。
4.根據權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，所述第一 η型摻雜層(4)的厚度為0-3 μ m，電子濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19CnT3 ;所述第二 η型摻雜層(5)的厚度為O-lOOnm，所述第三η型摻雜層(6)的厚度為20-300 nm，所述第二 η型摻雜層(5)和第三η型摻雜層(6)的電子濃度為3Χ 1017cm_3 I X 1019cm_3。
5.根據權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，所述低摻雜或非故意摻雜有源層(7)的厚度為5-500 nm。
6.根據權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，所述 P型摻雜層為單層結構或者是由第一 P型摻雜層(8)和第二 P型摻雜層(9)疊加的雙層結構，第二 P型摻雜層(9)在第一 P型摻雜層(8)上方，所述第二 P型摻雜層(9)的禁帶寬度小於或等於第一 P型摻雜層(8)。
7.根據權利要求6所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，其特徵在於，所述第一 P型摻雜層厚度為5-500 nm,空穴濃度為I X IO17CnT3 I X IO19CnT3,第二 P型摻雜層的厚度為5-200 nm，第二 p型摻雜層空穴濃度為3 X IO17CnT3 I X IO19CnT3。
8.—種權利要求1所述的微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，利用半導體外延生長法在襯底(I)上依次生長緩衝層(2)、非故意摻雜層(3)、 第一 η型摻雜層(4)、第二 η型摻雜層(5)、第三η型摻雜層(6)、低摻雜或非故意摻雜有源層(7)以及P型摻雜層；步驟二，採用介質膜沉積法沉積一層介質層，並採用光刻技術或納米顆粒塗覆技術製作掩膜層，使得掩膜層僅覆蓋住預製備PIN結構光電二極體的區域，對樣品進行刻蝕，刻蝕深度到達第二 η型摻雜層頂部，以獲得微納米線陣列結構，所述微納米線陣列中每個微納米線單元即為一個PIN結構光電二極體；每個微納米線單元的直徑以及各微納米線的間距小於或等於10 μ m,同時第二 η型摻雜層上表面兩側位置的各層材料也被刻蝕掉形成了器件臺面結構；步驟三，對器件進行表面處理，以修復刻蝕帶來的晶格損傷，同時進行P型摻雜層受主活化處理；步驟四，採用光刻技術製作掩膜層，覆蓋第二 η型摻雜層上表面兩側預製作電極的位置，利用沉積法或塗覆法在微納米線單元之間的間隙以及器件的其他露出區域上覆蓋絕緣介質層(10)；步驟五，採用化學機械研磨法和納米研磨劑，對絕緣介質層(10)上表面進行研磨，以露出P型摻雜層表面；所述納米研磨劑的硬度小於P型摻雜層，大於絕緣介質層；步驟六，對P型摻雜層表面進行表面處理，以修復研磨損傷；步驟七，採用光刻圖形技術製作出η型歐姆接觸區域，沉積η型金屬形成η型歐姆接觸電極(12)；步驟八，採用光刻圖形技術在P型摻雜層表面製作出P型歐姆接觸區域，沉積P型金屬形成P型歐姆接觸電極(11)。
9.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述P型摻雜層為單層結構或者是由第一 P型摻雜層(8)和第二 P型摻雜層(9)疊加的雙層結構，第二 P型摻雜層(9)在第一 P 型摻雜層(8)上方，所述第二 P型摻雜層(9)的禁帶寬度與第一 P型摻雜層(8)相等。
10.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟一中的半導體外延生長法，包括金屬有機化學氣相沉積法、分子束外延法、化學分子束外延法或氫化物氣相外延法；步驟二中的刻蝕方法可以採用幹法刻蝕或溼法刻蝕；步驟四中絕緣介質層的沉積方法為等離子體增強化學氣相沉積法，塗覆法採用旋轉塗覆方法；所述步驟七和步驟八中金屬的沉積方法為電子束蒸發法或者濺射法。
全文摘要
本發明涉及紫外光電探測器技術領域，尤其涉及一種微納米線陣列結構紫外雪崩光電探測器，由下自上依次為襯底、緩衝層、具有較大禁帶寬度的非故意摻雜層、具有較大禁帶寬度的第一n型摻雜層、正常禁帶寬度的第二n型摻雜層、低摻雜或非故意摻雜有源層和p型摻雜層。通過刻蝕方法製成的微納米線陣列並在各微納米線單元間隙的填充絕緣介質層，第二n型摻雜層上設有的n型歐姆接觸電極與p型摻雜層上設有p型歐姆接觸電極。本發明的器件採用背面入射結構。本發明的器件製備方法，利用光刻技術和刻蝕方法，製備過程中的可控性更強，能夠更加準確地控制微納米線的位置與尺寸，使得製備出器件的微納米線均勻性更好，器件可靠性更高。
文檔編號H01L27/144GK103050498SQ20121058267
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者江灝, 吳華龍 申請人:中山大學