[发明专利]一种双异质结紫外探测器

说明书

本发明公开了一种双异质结紫外探测器，所述GaN吸收层的上表面形成正的极化电荷，下表面形成负的极化电荷；在极化电荷的作用下，所述AlN缓冲层和GaN吸收层的界面间形成作为光生空穴的输送通道二维空穴气2DHG，GaN吸收层与AlGaN势垒层的界面间形成作为光生电子的输送通道二维电子气2DEG，所述探测器的工作模式为光线从肖特基接触层的上表面入射。本发明采用AlGaN/GaN/AlN双异质结代替传统的AlGaN/GaN单异质结，光生空穴将能通过2DHG沟道快速输运，从而消除单沟道结构光生空穴迁移速度慢导致的信号“拖尾”现象。光生空穴通过2DHG的有效收集将进一步提高器件的量子效率和响应频率。由于双沟道极化电荷的存在将更容易在GaN吸收区形成垂直的电场分布。

技术领域

本发明涉及一种半导体光电子器件，尤其涉及的是一种双异质结紫外探测器。

背景技术

紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用的光电探测技术。军事领域：紫外探测技术最直接的应用是导弹预警与跟踪、紫外探测器还可用于高保密性紫外通信技术。民用领域：在医学、生物学方面，特别是近几年在皮肤病诊断方面，紫外探测技术有着独特的应用效果。在食品药品安全方面，通常利用紫外辐射代替化学物质杀死微生物与细菌，因此可以采用紫外探测器对食品药品包装、医疗器械、饮用水及工业废水的消毒进行有效的监测。另外，高灵敏的紫外探测器还广泛用于火焰传感、臭氧检测、激光探测、荧光分析以及天文学研究等诸多领域。GaN基紫外探测器与传统的光电倍增管和Si探测器相比具有体积小、功耗低、无需滤光片、价格便宜等优势。并且GaN探测器抗辐照能力强，能够在太空等恶劣环境下工作。所以，GaN基紫外探测器成为近几年国内外研究热点，引起世界各国的重视。

AlGaN/GaN异质结构具有较大的能带偏移和较强的压电效应，使其易于形成2DEG(二维电子气)结构，因此而获得很高的电子迁移率，可用来研制高频器件。基于HEMT(高电子迁移率)器件的AlGaN/GaN异质2DEG-MSM结构紫外探测器，可获得高响应速度，同时可以保持高的外部量子效率。该结构改变传统MSM结构探测器的横向电场分布为垂直电场分布，光生载流子中的电子很快在垂直电场的作用下被扫入二维电子气沟道内然后被正电极收集，二维电子气结构使得电子饱和速度高(～10⁷cm/s)，这样将大大减少光生载流子的渡越时间，因此能够得到很高的响应速度。这样，器件的响应速度由叉指电极间距决定转变为由相对很薄的吸收区域厚度决定。基于AlGaN/GaN HEMT器件的2DEG-MSM结构紫外探测器能够在保持高的量子效率的同时大大提高器件的响应速度，但也存在不足。在垂直场作用下吸收区的光生电子进入二维电子气沟道，最后进入电极。而光生空穴向下进入低场强区域，具有较低的迁移率，需经过较长的路程才能被负电极收集。这将导致光生的空穴产生的信号延迟，出现信号的“拖尾”现象，同时空穴的传输时间将大于其寿命而大量的被复合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：光生空穴有效收集的困难，提供了一种双异质结紫外探测器。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括由下至上依次外延生长有AlN缓冲层、GaN吸收层、AlGaN势垒层、肖特基接触层和肖特基接触电极，所述GaN吸收层的上表面形成正的极化电荷，下表面形成负的极化电荷；在极化电荷的作用下，所述AlN缓冲层和GaN吸收层的界面间形成作为光生空穴的输送通道二维空穴气2DHG，GaN吸收层与AlGaN势垒层的界面间形成作为光生电子的输送通道二维电子气2DEG，所述探测器的工作模式为光线从肖特基接触层的上表面入射。双沟道极化电荷的存在将更容易在GaN吸收区形成垂直的电场分布，2DHG沟道的引入会极大的提高空穴的收集效率，消除单沟道紫外探测器的“拖尾”现象，同时提高探测器的带宽和响应度。

作为本发明的优选方式之一，所述AlN缓冲层之下设置有衬底，所述AlN缓冲层外延生长在衬底上，所述衬底为蓝宝石纳米图形化衬底材料。

作为本发明的优选方式之一，所述AlN缓冲层为外延生长的本征AlN材料，厚度为150～300纳米。