[发明专利]一种AlGaN基紫外异质结光电晶体管探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种AlGaN基紫外异质结光电晶体管探测器及其制备方法，包括衬底及在衬底上生长的外延层，所述外延层包括从下至上依次分布的缓冲层、n型欧姆接触层、施主掺杂Al_mGa_1‑mN层、非故意掺杂Al_mGa_1‑mN层、极化掺杂p型Al_xGa_1‑xN梯度渐变层、Al_yGa_1‑yN层、Al/Ga组分渐变的Al_hGa_1‑hN层、Al_zGa_1‑zN层及分布于欧姆接触层和Al_zGa_1‑zN层上的n型欧姆接触电极，其中Al组分x的起始值≤m‑0.1，终止值为y；m‑0.4≤y≤m‑0.2；h起始值为y、终止值为z；y+0.1≤z≤y+0.2。所得晶体管的晶体质量等设计性能好、可靠性高，所得探测器的光电特性佳。

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物半导体紫外光电探测器的技术领域，尤其涉及一种AlGaN基紫外异质结光电晶体管探测器及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，人们对外界光信息的探测和捕获需求日益增长，对光探测灵敏度的要求也日益提高。光电探测从红外、可见光到紫外都取得了显著的进展，广泛运用于民用、工业和军事当中。其中，紫外探测作为光探测中的重要分支，覆盖UVC(100～280nm)、UVB(280～320nm)和UVA(320～400nm)波段，在天文观测、环境与生化检测、火焰探测、高压电晕放电检测、导弹尾焰探测等领域都有重要应用。传统的紫外光电探测主要是基于真空电子的光电倍增管和固态Si基光电探测器。在探测时需要加装滤波器，阻断长波长范围的光入射，不仅增加了器件体积，而且会导致光入射信号的减弱，降低探测灵敏度。今年来，随着GaN基材料制备与器件工艺技术的飞速发展，基于GaN基三元化合物AlGaN材料的紫外光电探测器愈来愈受到重视，成为研发的热点。AlGaN材料具有宽的直接带隙，其禁带宽度可以通过调节Al的组分而连续从3.43eV变化至6.2eV，对应波长范围从363nm～200nm，覆盖UVA至UVC波段，因而非常适合应用于可见光盲(280～363nm)以及日盲(100～280nm)区域的紫外信号检测。由于在臭氧层以下至地球表面的区域中，可见光盲波段的太阳紫外辐射十分微弱，而日盲波段的太阳光辐射更是被臭氧层完全吸收，因此基于AlGaN材料制作的紫外光电探测器，不仅具有宽-直接带隙半导体器件响应速度快、量子效率高、暗电流低、体积小、抗辐射的优点，而且可获得低背景噪声，从而可实现高灵敏度紫外探测。

另一方面，由于紫外光信号在大气传输过程中衰减严重，要求高灵敏度的紫外光电探测不仅要有暗电流低、量子效率高的性能，而且需要具有高的光电增益特性。高光电增益半导体光电探测器的主要器件包括雪崩光电二极管和异质结光电晶体管(heterojunction phototransistor，HPT)。异质结光电晶体管HPT是在双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor，HBT)的基础上发展而来的，是指发射区由宽带隙材料构成，基区和收集区由窄带隙材料构成的一类光电晶体管，具有npn和pnp两种结构类型(即包括两个相距很近的pn结，两个pn结将其分为三部分，中间为基区，两侧为发射区和集电区。)。由于HPT具有内增益高、信噪比高、工作电压低等优点，在AlGaN基紫外光电探测中极具发展前景。