本發(fā)明涉及一種紫外光電探測(cè)器及其制備方法，尤其是涉及一種pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紫外光電探測(cè)器在軍用和民用方面都具有重要的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景，如：紫外告警與制導(dǎo)、碳?xì)浠衔锶紵鹧娴奶綔y(cè)、生化基因的檢測(cè)、紫外天文學(xué)的研究、短距離的通信以及皮膚病的治療等。pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、抗震性好、工作電壓低、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照、量子效率高和無(wú)需濾光片等優(yōu)點(diǎn)，已成為光電探測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
氮化鎵基半導(dǎo)體三元化合物alxga1-xn材料的能帶隙可以通過(guò)改變al組分x進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其對(duì)應(yīng)的吸收光波長(zhǎng)在200～365nm之間，恰好覆蓋由于臭氧層吸收紫外光而產(chǎn)生的太陽(yáng)光譜盲區(qū)(220～290nm)。zno是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料。zno無(wú)論在晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)還是在禁帶寬度上都與gan材料相似，且具有比gan更高的熔點(diǎn)和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發(fā)光和受激輻射的閾值以及良好的機(jī)電耦合特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。由于zno以及tio2材料自身的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)了極好紫外探測(cè)性能，其光電流增益可達(dá)到105，并且其具有工作電壓較低、能耗較小、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已成為紫外探測(cè)研究的焦點(diǎn)。
但是，由于現(xiàn)有技術(shù)制備的algan材料薄膜質(zhì)量不高，algan材料在與表面淀積的金屬形成肖特基結(jié)時(shí)界面存在大量的缺陷，使得有源區(qū)變薄，遂穿機(jī)制明顯，導(dǎo)致暗電流很大，因而嚴(yán)重制約了此類(lèi)結(jié)構(gòu)探測(cè)器的探測(cè)性能的提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器，解決algan基紫外光電探測(cè)器中由于電子和空穴的離化系數(shù)相近而導(dǎo)致的紫外探測(cè)器不靈敏，對(duì)弱紫外信號(hào)的響應(yīng)度差的問(wèn)題。本發(fā)明還提供了一種pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器的制備方法。
本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置的藍(lán)寶石襯底、aln成核層、alx1ga1-x1n緩沖層、n型alx2ga1-x2n層、非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層、p型alx3ga1-x3n層、p型gan層，在n型alx2ga1-x2n層上引出的n型歐姆電極，在p型gan層上引出的p型歐姆電極，所述非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層中，超晶格的重復(fù)周期數(shù)為1～10個(gè)。
優(yōu)選地，所述aln成核層厚度為20～60nm，所述alx1ga1-x1n緩沖層厚度為200～800nm，所述n型alx2ga1-x2n層厚度為500～1000nm，所述非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層厚度為100～200nm，所述p型alx3ga1-x3n層厚度為50～100nm，所述p型gan層厚度為100～200nm。
優(yōu)選地，所述非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層中，單周期中zno層厚度為5～10nm，tio2層厚度為5～10nm。
優(yōu)選地，所述n型歐姆電極為ti/al/ti/au合金電極，p型歐姆電極為ni/au合金電極。
優(yōu)選地，所述藍(lán)寶石襯底為c面晶體。
優(yōu)選地，所述p型alx3ga1-x3n層的禁帶寬度大于n型alx2ga1-x2n層的禁帶寬度，即下標(biāo)x2，x3滿(mǎn)足如下要求：0<x2<x3<1。
優(yōu)選地，所述p型alx3ga1-x3n層采用的mg進(jìn)行摻雜，并且摻雜濃度介于1016～1018cm-3之間。
一種pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器的制備方法，依次包括以下步驟：
(1)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)aln成核層；
(2)在aln成核層上生長(zhǎng)一層alx1ga1-x1n緩沖層；
(3)在alx1ga1-x1n緩沖層上生長(zhǎng)一層n型alx2ga1-x2n層；
(4)在n型alx2ga1-x2n層上生長(zhǎng)一層非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層；
(5)在非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層上生長(zhǎng)一層p型alx3ga1-x3n層；
(6)在p型alx3ga1-x3n層上生長(zhǎng)一層p型gan層；
(7)在p型gan層上進(jìn)行臺(tái)面刻蝕，露出n型alx2ga1-x2n層；
(8)在p型gan層上蒸鍍p型ni/au歐姆電極，并且對(duì)電極進(jìn)行退火處理；
(9)在n型alx2ga1-x2n層臺(tái)面上蒸鍍n型ti/al/ti/au歐姆電極，并且對(duì)電極進(jìn)行退火處理。
本發(fā)明所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于：由于多周期超晶格結(jié)構(gòu)非摻雜i型zno/tio2材料的高吸收系數(shù)、高橫向載流子遷移率和強(qiáng)極化效應(yīng)，可有效增加吸收層的電場(chǎng)，因此能夠提高紫外探測(cè)器的量子效率。還能夠有效解決紫外光電探測(cè)器中由于電子和空穴的離化系數(shù)相近而導(dǎo)致的紫外探測(cè)器不靈敏，有助于提高探測(cè)器對(duì)弱紫外信號(hào)的響應(yīng)度。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1，如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置c面晶體的藍(lán)寶石襯底101、aln成核層102、alx1ga1-x1n緩沖層103、n型alx2ga1-x2n層104、非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105、p型alx3ga1-x3n層106、p型gan層107，在n型alx2ga1-x2n層104上引出的n型歐姆電極109，在p型gan層107上引出的p型歐姆電極108。其中aln成核層102的厚度為25nm，具體成核層厚度值可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。alx1ga1-x1n緩沖層103的厚度為400nm，并且其中的x1＝0.30。n型alx2ga1-x2n層104的厚度為700nm，并且其中的x2＝0.45，利用si進(jìn)行摻雜，其中si的摻雜濃度大于5×1018cm-3。非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105，單周期中zno層厚度為5nm，tio2層厚度為10nm，重復(fù)周期數(shù)為10個(gè)。p型alx3ga1-x3n層106的厚度為60nm，采用的mg進(jìn)行摻雜，并且摻雜濃度為5×1017cm-3，其中下標(biāo)x3＝0.6，即p型alx3ga1-x3n層106的禁帶寬度大于n型alx2ga1-x2n層104的禁帶寬度。p型gan層107的厚度為200nm，其中的摻雜濃度為5×1018cm-3。p型歐姆電極108為ti/al/ti/au合金電極，n型歐姆電極109為ni/au合金電極。
該pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器的制備方法是：
(1)在c面晶體的藍(lán)寶石襯底101上生長(zhǎng)aln成核層102；
(2)在aln成核層102上生長(zhǎng)一層alx1ga1-x1n緩沖層103；
(3)在alx1ga1-x1n緩沖層103上生長(zhǎng)一層n型alx2ga1-x2n層104；
(4)在n型alx2ga1-x2n層104上采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)一層非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105；
(5)在非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105上生長(zhǎng)一層p型alx3ga1-x3n層106；
(6)在p型alx3ga1-x3n層106上生長(zhǎng)一層p型gan層107；
(7)在p型gan層107上進(jìn)行進(jìn)行光刻，刻蝕出電極臺(tái)面，露出n型alx2ga1-x2n層104，對(duì)刻蝕后的臺(tái)面進(jìn)行處理；
(8)在p型gan層107上蒸鍍p型歐姆電極108，電極為ti/al/ti/au合金電極，蒸鍍后在600℃的n2環(huán)境下退火3分鐘；
(9)在n型alx2ga1-x2n層104臺(tái)面上蒸鍍n型歐姆電極109，電極為ni/au合金電極，電極尺寸為0.3×0.3mm2，蒸鍍后在850℃的n2環(huán)境下退火2分鐘。
本實(shí)施例所制備得到的紫外探測(cè)器，可以極大地增強(qiáng)對(duì)弱紫外信號(hào)的響應(yīng)度，尤其在單光子探測(cè)方面，體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)測(cè)算，當(dāng)器件的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為280nm時(shí)，器件在零偏壓下的暗電流為na量級(jí)，峰值響應(yīng)度為9.4ma/w；器件在-10v偏壓下，峰值響應(yīng)度為40.7ma/w，對(duì)應(yīng)的外量子效率可以達(dá)到30％。
實(shí)施例2，如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置c面晶體的藍(lán)寶石襯底101、aln成核層102、alx1ga1-x1n緩沖層103、n型alx2ga1-x2n層104、非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105、p型alx3ga1-x3n層106、p型gan層107，在n型alx2ga1-x2n層104上引出的n型歐姆電極109，在p型gan層107上引出的p型歐姆電極108。其中aln成核層102的厚度為20nm。alx1ga1-x1n緩沖層103的厚度為300nm，并且其中的x1＝0.45。n型alx2ga1-x2n層104的厚度為500nm，并且其中的x2＝0.55，利用si進(jìn)行摻雜，其中si的摻雜濃度大于5×1018cm-3。非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105，單周期中zno層厚度為10nm，tio2層厚度為10nm，重復(fù)周期數(shù)為5個(gè)。p型alx3ga1-x3n層106的厚度為50nm，采用的mg進(jìn)行摻雜，并且摻雜濃度為5×1016cm-3，其中下標(biāo)x3＝0.7，即p型alx3ga1-x3n層106的禁帶寬度大于n型alx2ga1-x2n層104的禁帶寬度。p型gan層107的厚度為100nm，其中的摻雜濃度為5×1018cm-3。p型歐姆電極108為ti/al/ti/au合金電極，n型歐姆電極109為ni/au合金電極。該pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器的制備方法同實(shí)施例1。
本實(shí)施例所制備得到的紫外探測(cè)器，根據(jù)測(cè)算，當(dāng)器件的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為280nm時(shí)，器件在零偏壓下的暗電流為na量級(jí)，峰值響應(yīng)度為7.9ma/w；器件在-10v偏壓下，峰值響應(yīng)度為52.4ma/w，對(duì)應(yīng)的外量子效率可以達(dá)到35％。
實(shí)施例3，如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置c面晶體的藍(lán)寶石襯底101、aln成核層102、alx1ga1-x1n緩沖層103、n型alx2ga1-x2n層104、非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105、p型alx3ga1-x3n層106、p型gan層107，在n型alx2ga1-x2n層104上引出的n型歐姆電極109，在p型gan層107上引出的p型歐姆電極108。其中aln成核層102的厚度為60nm。alx1ga1-x1n緩沖層103的厚度為800nm，并且其中的x1＝0.4。n型alx2ga1-x2n層104的厚度為1000nm，并且其中的x2＝0.6，利用si進(jìn)行摻雜，其中si的摻雜濃度大于5×1018cm-3。非摻雜i型zno/tio2超晶格吸收層105，單周期中zno層厚度為10nm，tio2層厚度為10nm，重復(fù)周期數(shù)為1個(gè)。p型alx3ga1-x3n層106的厚度為100nm，采用的mg進(jìn)行摻雜，并且摻雜濃度為5×1018cm-3，其中下標(biāo)x3＝0.8，即p型alx3ga1-x3n層106的禁帶寬度大于n型alx2ga1-x2n層104的禁帶寬度。p型gan層107的厚度為150nm，其中的摻雜濃度為5×1018cm-3。p型歐姆電極108為ti/al/ti/au合金電極，n型歐姆電極109為ni/au合金電極。該pin結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器的制備方法同實(shí)施例1。
本實(shí)施例所制備得到的紫外探測(cè)器，根據(jù)測(cè)算，當(dāng)器件的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為280nm時(shí)，器件在零偏壓下的暗電流為na量級(jí)，峰值響應(yīng)度為11.8ma/w；器件在-10v偏壓下，峰值響應(yīng)度為38.4ma/w，對(duì)應(yīng)的外量子效率可以達(dá)到28％。
必須指出的是:本發(fā)明不僅適用于金屬一半導(dǎo)體一金屬型氮化鎵基紫外雪崩光電探測(cè)器，對(duì)于肖特基勢(shì)壘型氮化鎵基紫外雪崩光電探測(cè)器也同樣適用。