【導讀】河北半導體研究所報道了一種大面積800μm直徑的4H－多型碳化硅（SiC）紫外（UV）雪崩光電二極管（APD），其具有高增益（106），高量子效率（81．5％）和低暗電流強度，紫外／可見光抑制比高達103。在本研究中，第一次使用可變溫度光致抗蝕劑回流技術來產生平滑的斜面?zhèn)缺冢湟种坡╇娏鞑⒈苊膺^早的邊緣擊穿。
紫外檢測在天文學，通信和生化分析上都有廣泛的應用；在熒光實驗和火焰中也會發(fā)射出UV線；軍事警告和制導系統可以使用可見盲的紫外線感應來引導或跟蹤導彈羽流。
在現有的SiC UV APD中，當其在較大的反向偏壓下存在大的暗電流和過早擊穿的問題。這使得目前典型的SiC UV APD直徑限制在250μm以下，降低了檢測靈敏度。研究人員將其研究出的這種大面積SiC UV APD設備視為笨重，脆弱且昂貴的光電倍增管的潛在替代品。
如圖1，外延結構由3μm重摻雜p型（p＋），0．5μm輕摻雜n型倍增（n－），0．2μm n電荷，0．5μm n－吸附和0．3μm n＋接觸層組成。
圖1：（a）4H－SiC APD的示意性橫截面結構；（b）光刻膠回流技術的溫度變化和800μm直徑4H－SiC APD的斜面臺面和（插圖）頂視圖照片。
其制造開始于電感耦合等離子體（ICP）臺面蝕刻。 其間，臺面傾斜以避免邊緣擊穿效應；用于臺面蝕刻的厚光刻膠經回流工藝，其中晶片以5℃／分鐘的速率從90℃升溫至145℃。
可變化的溫度提供一個平滑的斜面，這不同于145°C的固定溫度回流30秒，那樣會導致鋸齒形表面。而鋸齒表面會增加暗電流，導致過早擊穿。其原因研究人員提出，固定溫度回流會產生不均勻的熱場，光致抗蝕劑的表面張力和回流速度會發(fā)生空間變化，從而產生觀察到的表面粗糙度。通過測量，可變溫度回流生產的APD可在156V附近保持一致的高擊穿值，但使用固定溫度回流產生的APD的測量值在100－150V范圍內變化很大。
進一步的生產環(huán)節(jié)包括應用200nm熱氧化物和100nm等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）氮化硅鈍化，ICP和濕化學接觸蝕刻，鎳／鈦／鋁／金金屬觸點的電子束蒸發(fā)，以及850° C中金屬接觸在氮氣中退火三分鐘。此時完成的裝置直徑為800μm，臺面斜角小于8°。
通過140V和150V反向偏壓的暗電流測量，研究人員發(fā)現電流是二次取決于直徑，表明通過邊緣狀態(tài)的體泄漏而不是表面泄漏。 對于800μm直徑器件，對于低反向偏壓，暗電流為1pA（0．2nA／cm2）。
圖2所示，對于365nm紫外線，成倍增益因子超過106，超過了10V反向偏壓下的“單位增益”值。在氙燈下，在274nm波長下，具有140V反向偏壓（4．2增益）的響應峰值為0．18A／W，相應的外量子效率計算為81．5％。在274nm和400nm處的響應比，UV ／可見光抑制比大于103。
圖2：800μm直徑4H－SiC APD的紫外檢測性能：（a）電流 － 電壓測量和計算的成倍增益； （b）對應于140V反向電壓下的單位增益的光譜響應。
直徑為800μm的器件的增益，量子效率和暗電流性能與小于300μm的APD相當。
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