【专利解密】至芯半导体深耕日盲深紫外器件

【嘉勤点评】至芯半导体的紫外探测芯片专利，通过在芯片中引入半导体倍增层，使得基于该芯片所制备的紫外探测器具有倍增性能，改善了AlInGaN半导体紫外探测器的光谱响应性能，拓宽了日盲波段紫外探测器的应用场景。

集微网消息，近日至芯半导体公布了震惊世界的消息，中国企业在日盲深紫外器件方面取得了重大突破，单颗45mil*45mil芯片的发射功率达到了210mW，创造了最新的世界纪录。

基于氮化铝镓材料的深紫外发光二极管具备坚固、节能、寿命长、无汞、环保等优点，正逐步渗入汞灯的传统消毒杀菌应用领域。为了感知紫外杀菌的效果及剂量等参数，日盲探测器的应用将使得杀菌技术的应用更加直观，能够丰富紫外杀菌的应用场景。目前，AlGaN紫外探测器的结构主要由N型AlGaN，非掺AlGaN吸收层，P型GaN接触层组成，而这种简单的PIN结构探测器没有倍增的性能，紫外灵敏度不够高，限制了紫外探测器的诸多应用。

为此，至芯半导体于2022年1月17日申请了一项名为“一种紫外探测器芯片”的发明专利（申请号: 202210045910.6），申请人为至芯半导体（杭州）有限公司。

图1 紫外探测器芯片结构示意图

图1为紫外探测器芯片结构示意图，芯片包括从下到上依次层叠的衬底1、半导体缓冲层2、半导体层4、第一N型半导体层5、第二N型半导体层6、紫外光吸收层7、N型半导体隔离层8、半导体倍增层9、P型半导体传输层10和P型半导体接触层12。该芯片通过引入半导体倍增层9，使得探测器的倍增效果明显增加。

由于AlGaN材料的质量较差，材料内部有很多的位错密度，导致AlGaN紫外探测器存在暗电流大，光谱响应度较低等问题。为了解决这一问题，本实施例的芯片还包括组分交替的半导体超晶格层3，位于半导体缓冲层2和半导体层4之间。通过在芯片结构中引入组分交替的半导体超晶格层3，能够改善AlInGaN的材料质量，降低探测器的暗电流，进而在器件倍增的过程中，暗电流的倍增对器件整体的倍增效应影响较小，能够提高紫外探测器的光谱响应度。

芯片还包括P型半导体应变层11，位于P型半导体传输层10和P型半导体接触层12之间，能够使结构产生应变，能带发生弯曲，电子空穴隧穿迁移效率明显提升，提高了量子效率，提高了紫外响应度。该AlInGaN半导体紫外探测器芯片为倒装芯片结构，其背面生长一层SiO2，SiO2的厚度为5～500nm，以降低紫外线在背面的反射，提高紫外线的透射机率，提高光的响应度。

图2 芯片制备方法流程图

图2为芯片制备方法流程图，包括如下步骤：首先在衬底1上生长半导体缓冲层2，然后在其上生长组分交替的半导体超晶格层3，之后依次生长半导体层4、第一N型半导体层5和第二N型半导体层6，然后在第二N型半导体层基础上生长紫外光吸收层7，之后在其上依次生长N型半导体隔离层8，半导体倍增层9，P型半导体传输层10，随后生长P型半导体应变层11，最后在P型半导体应变层11基础上生长P型半导体接触层12。

简而言之，至芯半导体的紫外探测芯片专利，通过在芯片中引入半导体倍增层，使得基于该芯片所制备的紫外探测器具有倍增性能，改善了AlInGaN半导体紫外探测器的光谱响应性能，拓宽了日盲波段紫外探测器的应用场景。

至芯半导体专注于深紫外材料和芯片的研发。公司有远大的理想和使命，未来将实现紫外发射芯片WPE超过10%，同时开发出高灵敏度的日盲探测芯片，实现日盲光通信的应用，打造中国半导体国际领军企业。

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（校对/赵月）