一种碳化硅-硅异质结结构的光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电器件
，具体涉及一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着光通信技术的日新月异高速发展，光电技术在人们日常生活、工业和军事方面的应用与需求越来越广泛。紫外探测技术是伴随红外探测之后发展起来的新型探测技术。目前，近紫外探测技术已经广泛应用于火焰监测及燃烧控制、太阳辐射测量、水处理、紫外光源监测、紫外线消毒等工业、医学和生物领域。军事方面，为了反制红外技术的限制，开展双色制导研究中就包含紫外制导。同时，紫外通信也是一种极具发展潜力的信息传送手段。由此可见，紫外探测技术的发展拥有巨大的潜力。
[0003]光电探测器领域中，目前主要分为硅基器件和化合物器件。化合物器件工艺繁琐，材料成本高。硅基器件工艺成熟，材料成本低，有利于展开相关实验研究同时保证器件整体工作的稳定性。硅基器件在可见光及近红外都有一定应用，在近紫外领域的应用较少。主要是因为硅材料在近紫外的折射率过高，会导致较高的表面反射率。同时硅材料复合会造成一定的能量损失。因此，亟需一种可以提高近紫外光谱吸收效率的硅基光电探测器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，以提高光电探测器在近紫外光谱的吸收效率。与传统的硅基光电探测器相比，它在紫外光谱区域的吸收效率更高，同一光照条件下，可以生成更高的光电流，增加器件的光电转换效率。与碳化硅器件相比，异质结器件可以有效拓宽光电探测器的吸收光谱，使得光电探测器可以作用在更广的光谱范围。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，包括P型硅基衬底1，间隔设置在P型硅基衬底1顶层的P型离子注入区4，设置在所述P型离子注入区4上的金属阳极6；设置在所述金属阳极6之间，且设置在P型硅基衬底1表面的N型碳化硅外延层2，设置在所述N型碳化硅外延层2上的N+碳化硅外延层5，间隔设置在所述N+碳化硅外延层5上的金属阴极7；设置在N型碳化硅外延层2和金属阳极6之间的钝化层3；所述P型离子注入区4与所述金属阳极6形成欧姆接触。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0007]进一步的，所述P型硅基衬底1的掺杂浓度为10
14
～2
×
10
14
cm
‑3，所述P型离子注入区4的掺杂浓度为6
×
10
18
～10
19
cm
‑3，厚度为0.4～0.6μm。
[0008]进一步的，所述N型碳化硅外延层2的厚度为0.4～0.6μm，掺杂浓度为10
17
～2
×
10
17
cm
‑3；所述N+碳化硅外延层5的厚度为0.4～0.6μm，掺杂浓度为10
18
～2
×
10
18
cm
‑3。
[0009]进一步的，所述金属阳极6为铝或者镍，所述金属阴极7为铝或者镍。
[0010]进一步的，所述钝化层3为二氧化硅或者氮化硅。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]采用淀积工艺，在P型硅基衬底1上形成N型碳化硅外延层2；
[0013]采用刻蚀工艺，去除部分所述N型碳化硅外延层2，且在露出的P型硅基衬底1的表面，采用淀积工艺形成位于N型碳化硅外延层2两侧的钝化层3；
[0014]采用淀积工艺，在所述N型碳化硅外延层2上形成N+碳化硅外延层5；
[0015]采用刻蚀工艺，去除部分所述钝化层3，再采用离子注入工艺，在所述P型硅基衬底1的顶层形成间隔设置的P型离子注入区4；
[0016]采用淀积工艺，在所述P型离子注入区4上形成金属阳极6，在所述N+碳化硅外延层5上形成间隔设置的阴极7。
[0017]进一步的，所述采用淀积工艺，在P型硅基衬底1上形成N型碳化硅外延层2的步骤，具体为：采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺，使用氨作为n型掺杂的施主，在1000℃下，采用SiH4和C3H6作为反应气体，在P型硅基衬底1上形成N型碳化硅外延层2。
[0018]进一步的，所述采用刻蚀工艺，去除部分所述N型碳化硅外延层2的步骤，具体为：采用SF6等离子刻蚀去除部分所述N型碳化硅外延层2。
[0019]进一步的，所述采用淀积工艺，在所述N型碳化硅外延层2上形成N+碳化硅外延层5的步骤，具体为：通过LPCVD工艺，使用NH3作为施主杂质，在1000℃的条件下淀积形成N+碳化硅外延层5。
[0020]进一步的，所述采用刻蚀工艺，去除部分所述钝化层3的步骤，具体为：在钝化层3上涂抹光刻胶，刻蚀去除部分所述钝化层3。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，在不改变现有的工艺条件下，通过淀积一层碳化硅，形成异质结结构，降低器件表面反射，增大入射光能量，同时异质结提高了紫外区域的光响应度，使得光谱范围内器件的光响应提高，同时保留了硅的吸收光谱范围。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器的工艺步骤示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器与硅基和碳化硅光电探测器在光谱范围内的光电流对比图；
[0025]图4为本专利技术实施例的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器与硅基和碳化硅光电探测器在光谱范围内的光响应度对比图；
[0026]图5为本专利技术实施例的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器与硅基和碳化硅光电探测器在光谱范围内的量子效率对比图。
[0027]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0028]1、P型硅基衬底，2、N型碳化硅外延层，3、钝化层，4、P型离子注入区，5、N+碳化硅外延层，6、金属阳极，7、金属阴极。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，其特征在于，包括P型硅基衬底(1)，间隔设置在P型硅基衬底(1)顶层的P型离子注入区(4)，设置在所述P型离子注入区(4)上的金属阳极(6)；设置在所述金属阳极(6)之间，且设置在P型硅基衬底(1)表面的N型碳化硅外延层(2)，设置在所述N型碳化硅外延层(2)上的N+碳化硅外延层(5)，间隔设置在所述N+碳化硅外延层(5)上的金属阴极(7)；设置在N型碳化硅外延层(2)和金属阳极(6)之间的钝化层(3)；所述P型离子注入区(4)与所述金属阳极(6)形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，其特征在于，所述P型硅基衬底(1)的掺杂浓度为10
14
～2
×
10
14
cm
‑3，所述P型离子注入区(4)的掺杂浓度为6
×
10
18
～10
19
cm
‑3，厚度为0.4～0.6μm。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，其特征在于，所述N型碳化硅外延层(2)的厚度为0.4～0.6μm，掺杂浓度为10
17
～2
×
10
17
cm
‑3；所述N+碳化硅外延层(5)的厚度为0.4～0.6μm，掺杂浓度为10
18
～2
×
10
18
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，其特征在于，所述金属阳极(6)为铝或者镍，所述金属阴极(7)为铝或者镍。5.根据权利要求1所述的一种碳化硅
‑
硅异质结结构的光电探测器，其特征在于，所述钝化层(3)为二氧化硅或者氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有润，宋鹏汉，李逸康，陈航，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：