一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器

技术领域

本发明涉及光电探测芯片技术领域，更具体的，涉及一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器。

背景技术

超宽禁带半导体日盲紫外探测在军事预警、目标识别、导引、环境监控等领域有重要应用，近年来受到了广泛关注。作为超宽禁带半导体典型代表，金刚石具有抗辐射能力强、热导率高、高击穿电场等特点，其光吸收在极紫外区(<210nm)，非常适合极端环境深紫外探测。

然其存在不足之处有：日盲波段光吸收系数小、n型掺杂困难。因此单一金刚石探测器日盲波段光响应微弱，很难直接应用。同金刚石相比，氧化镓(Ga

发明内容

本发明为了解决以上现有的超宽禁带半导体日盲探测器存在不足与缺陷的问题，提供了一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底、p型金刚石薄膜、Ga极性调控层、本征i-Ga

其中所述的金刚石单晶衬底的横截面长度与p型金刚石薄膜的横截面长度一致；

所述的Ga极性调控层、本征i-Ga

且所述的Ga极性调控层的横截面长度小于p型金刚石薄膜的横截面长度；

所述的Ga极性调控层、本征i-Ga

在p型金刚石薄膜上设有两个金刚石电极；所述的金刚石电极位于Ga极性调控层的两侧；

所述的顶部叉指状电极镶嵌在AlO介电层的内部；

所述的δ调制掺杂层采用周期性δ型调制掺杂技术进行n型Ga

优选地，所述的顶部叉指状电极包括横截面为长方形的第一电极结构、设置在第一电极结构下方的第二电极结构；所述的第二电极结构的横截面为梯形；

其中，所述的第一电极结构设置在AlO介电层的顶部；

所述的第二电极结构镶嵌在AlO介电层的内部；且所述的第二电极结构镶嵌相对较长的第一底面与第一电极结构的底部连接；所述的第二电极结构镶嵌相对较短的第二底面与δ调制掺杂层的顶部连接。

进一步地，所述的顶部叉指状电极设有至少2个。

优选地，所述的p型金刚石薄膜，采用MPCVD在金刚石单晶衬底，利用硼烷BH

优选地，所述的Ga极性调控层、本征i-Ga

优选地，利用MBE进行原子级调控，在本征i-Ga

优选地，所述的顶部叉指状电极、δ调制掺杂层构成顶叉指Ga

优选地，所述的金刚石电极，通过利用离子注入在低B浓度的p-金刚石空穴收集极构建重掺杂的欧姆接触区来完成。

进一步地，所述的探测器的制备，首先利用湿法刻蚀与ICP刻蚀图形化β-Ga

进一步地，所述的顶部叉指状电极经过二位阵列集成形成光探测芯片，将单个探测器单元同有源矩阵驱动单位进行集成，构建完整的单个像素。

本发明的有益效果如下：

针对单一金刚石基日盲紫外探测器面临的光吸收系数小、迁移率低、n型掺杂困难、无自供电能力等难题。本发明以热力学稳定的β相Ga

本发明设计顶部叉指状电极可以灵活调节光吸收层电极。在p型金刚石薄膜作为金刚石空穴收集极、本征Ga

附图说明

图1是本发明所述的高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器的结构示意图。

图中，1-金刚石单晶衬底、2-p型金刚石薄膜、3-金刚石电极、4-Ga极性调控层、5-征i-Ga2O3光吸收层、6-δ调制掺杂层、7-AlO介电层、8-顶部叉指状电极、801-第一电极结构、802-第二电极结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图1所示，一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底1、p型金刚石薄膜2、Ga极性调控层4、本征i-Ga

其中所述的金刚石单晶衬底1的横截面长度与p型金刚石薄膜2的横截面长度一致；

所述的Ga极性调控层4、本征i-Ga

且所述的Ga极性调控层4的横截面长度小于p型金刚石薄膜2的横截面长度；

所述的Ga极性调控层4、本征i-Ga

在p型金刚石薄膜2上设有两个金刚石电极3；所述的金刚石电极3位于Ga极性调控层4的两侧；

所述的顶部叉指状电极8镶嵌在AlO介电层7的内部；

所述的δ调制掺杂层6采用周期性δ型调制掺杂技术进行n型Ga

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8包括横截面为长方形的第一电极结构801、设置在第一电极结构801下方的第二电极结构802；所述的第二电极结构802的横截面为梯形；

其中，所述的第一电极结构801设置在AlO介电层7的顶部；

所述的第二电极结构802镶嵌在AlO介电层7的内部；且所述的第二电极结构802镶嵌相对较长的第一底面与第一电极结构801的底部连接；所述的第二电极结构802镶嵌相对较短的第二底面与δ调制掺杂层6的顶部连接。

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8设有至少2个。若干个所述的顶部叉指状电极8构成自对准共面顶端叉指电极结构。

针对单一金刚石基日盲紫外探测器面临的光吸收系数小、迁移率低、n型掺杂困难、无自供电能力等难题。本发明以热力学稳定的β相Ga

本发明设计顶部叉指状电极8可以灵活调节光入射面电极。在p型金刚石薄膜2作为金刚石空穴收集极、本征Ga

实施例2

如图1所示，一种高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器包括由下至上依次包括金刚石单晶衬底1、p型金刚石薄膜2、Ga极性调控层4、本征i-Ga

其中所述的金刚石单晶衬底1的横截面长度与p型金刚石薄膜2的横截面长度一致；

所述的Ga极性调控层4、本征i-Ga

且所述的Ga极性调控层4的横截面长度小于p型金刚石薄膜2的横截面长度；

所述的Ga极性调控层4、本征i-Ga

在p型金刚石薄膜2上设有两个金刚石电极3；所述的金刚石电极3位于Ga极性调控层4的两侧；

所述的顶部叉指状电极8镶嵌在AlO介电层7的内部；

所述的δ调制掺杂层6采用周期性δ型调制掺杂技术进行n型Ga

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8包括横截面为长方形的第一电极结构801、设置在第一电极结构801下方的第二电极结构802；所述的第二电极结构802的横截面为梯形；

其中，所述的第一电极结构801设置在AlO介电层7的顶部；

所述的第二电极结构802镶嵌在AlO介电层7的内部；且所述的第二电极结构802镶嵌相对较长的第一底面与第一电极结构801的底部连接；所述的第二电极结构802镶嵌相对较短的第二底面与δ调制掺杂层6的顶部连接。

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8设有至少2个。若干个所述的顶部叉指状电极8构成自对准共面顶端叉指电极结构。

在一个具体的实施例中，所述的p型金刚石薄膜2，采用MPCVD在金刚石单晶衬底1，利用硼烷BH

优选地，所述的Ga极性调控层4、本征i-Ga

本实施例以金刚石为基底Ga

本实施例中，所述MPCVD即微波等离子体化学气相沉积，MBE即分子束外延，ICP刻蚀即电感耦合等离子体刻蚀。

在一个具体的实施例中，利用MBE进行原子级调控，在本征i-Ga

在一个具体的实施例中，所述的金刚石电极3，通过利用离子注入在低B浓度的p-金刚石空穴收集极构建重掺杂的欧姆接触区来完成。

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8、δ调制掺杂层6构成顶叉指Ga

在一个具体的实施例中，所述的探测器的制备，首先利用湿法刻蚀与ICP刻蚀图形化β-Ga

在一个具体的实施例中，所述的顶部叉指状电极8经过二位阵列集成形成光探测芯片，将单个探测器单元同有源矩阵驱动单位进行集成，构建完整的单个像素。

实施例3

基于实施例2所述的高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器，所述的探测器具体制备如下：

首先利用软件模拟Ga

随后采用MPCVD在金刚石单晶衬底1，采用硼烷BH

采用MBE在p型金刚石薄膜2上依次生长低温金属Ga层、低温本征Ga

采用周期性δ调制掺杂技术，在本征i-Ga

用软件对于p-金刚石/i-Ga

采用离子注入、光刻、湿法、ICP干法刻蚀等方法制备金刚石/Ga

利用半导体器件综合测试系统对p-金刚石/i-Ga

基于矩阵显示逐行扫描原理，完成金刚石/Ga

最终完成高性能自供电金刚石基异质结日盲探测器的制作。

在本实施例中，为克服金刚石异质结生长瓶颈，通过界面极性调控技术完成Ga生长面同金刚石界面相匹配，抑制O极性面造成的界面缺陷。针对超宽禁带β-Ga

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。