[发明专利]栅极调控AlGaN基金属-半导体-金属紫外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种栅极调控AlGaN基金属‑半导体‑金属紫外探测器及制备方法，属于半导体技术领域，包括衬底，所述衬底上方由内至外依次设有AlN缓冲层、AlGaN渐变缓冲层、紫外光吸收层、及与紫外光吸收层接触的金属叉指电极；所述紫外光吸收层的上表面设有栅极绝缘层，栅极绝缘层设置于金属叉指电极之间，栅极绝缘层上设有栅电极，栅电极与金属叉指电极不接触，栅电极和栅极绝缘层形成整体，实现对探测器特性的调控。本发明通过栅极绝缘层及栅电极，利用外加电场，调控器件内电场，提高载流子的迁移速度和收集效率，从而提高探测器的响应度，降低响应时间。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种栅极调控AlGaN基金属-半导体-金属紫外探测器及制备方法。

背景技术

紫外探测器在在紫外线辐射测量、臭氧监测、大气污染监控、空间通信、飞行器制导、血液分析、水银灯消毒监控等领域有广泛应用。理想的半导体探测器需要具有以下特征：高灵敏度、高响应度、高信噪比、高光谱选择性、高速、高稳定性。

AlGaN基材料为宽带隙半导体材料，通过调节AlGaN中的Al组分，AlGaN的禁带宽度可以在3.4eV～6.2eV范围内连续可调，从而使得AlGaN基紫外探测器能够实现对200nm～365nm波段紫外光的本征探测。另外，AlGaN基材料具有化学稳定性和热稳定性，抗辐照能力强等优势，因此，AlGaN基材料是研制紫外及深紫外探测器的理想材料。AlGaN紫外及深紫外探测器具有全固态，体积小，抗辐照能力强，适合在苛刻条件下工作等优势。与传统的Si紫外探测器和光电倍增管相比，AlGaN紫外探测器能够本征实现对紫外及深紫外光探测，避免了Si紫外探测器复杂的光过滤系统的使用，与传统的光电倍增管相比，AlGaN紫外探测器具有全固态，无需制冷系统等优势。

近年来，国内外已经研制了各种结构的AlGaN基紫外及深紫外探测器，包括金属-半导体-金属结构(MSM)、肖特基结构和PIN结构的探测器。PIN结构的探测器具有响应速度快、暗电流低、便于集成等优势，然而PN结和PIN结的缺点在于其生长工艺相对复杂、不灵活，特别对于AlGaN基材料，高Al组分和AlGaN基材料的掺杂特别困难。包含两个背靠背肖特基结构的探测器最大特点是暗电流小、工艺简单，由于光从器件正面入射，金属在紫外光区域的强吸收(每1nm厚金属吸收约10％的紫外光)，且器件结面积较小，导致探测器响应度降低。金属-半导体-金属结构探测器存在材料设计生长困难，因为衬底如Si，SiC、缓冲层会吸收大部分紫外光，为得到高质量的AlGaN吸收层，通常需要生长较大厚度，而吸收紫外光产生的载流子对主要集中在吸收层的下边缘，大部分在输运被电极收集过程中被散射损失掉，极大降低探测器的效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高响应度、高灵敏度的栅极调控AlGaN基金属-半导体-金属紫外探测器及制备方法，通过栅极实现对探测器特性的调控。

本发明提供的这种栅极调控AlGaN基金属-半导体-金属紫外探测器，包括衬底，所述衬底上方由内至外依次设有AlN缓冲层、AlGaN渐变缓冲层、Al_xGa_1-xN紫外光吸收层、及与Al_xGa_1-xN紫外光吸收层接触的金属叉指电极；

所述Al_xGa_1-xN紫外光吸收层的上表面设有栅极绝缘层，栅极绝缘层设置于金属叉指电极之间，栅极绝缘层上设有栅电极，栅电极与金属叉指电极不接触，栅电极和栅极绝缘层形成整体，实现对探测器特性的调控。

作为优选，所述Al_xGa_1-xN紫外光吸收层为Al_0.32Ga_0.68N紫外光吸收层，紫外光吸收层的厚度为0.2～0.3μm。

作为优选，所述AlGaN渐变缓冲层中Al组分从1渐变到0.32，Al组分为0.32的AlGaN的禁带宽度对应要探测的紫外光的波长。