[发明专利]一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法，包括：1)衬底上依次生长GaN缓冲层和n型掺杂GaN层；2)n型掺杂GaN层上生长本征掺杂GaN层；3)本征掺杂GaN层上生长p型掺杂AlGaN层；4)选择性刻蚀外延层材料形成刻蚀台面和双台阶；5)在台面和双台阶上淀积钝化层；6)刻蚀钝化层形成电极孔，并沉积金属电极。本发明是基于PIN结构，因此能够实现快速、准确、高灵敏度的紫外光探测；其次，通过侧栅结构施加的电压能够抑制或消除AlGaN/GaN异质界面处的二维电子气的影响，形成理想型的PIN结构探测器，可以提高探测器的响应速度、探测率、灵敏度等性能。

技术领域

本发明涉及紫外探测领域，具体为一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法。

背景技术

GaN是典型的第三代宽禁带半导体材料，其禁带宽度高达3.4eV，是目前发展紫外探测器的核心材料，非常适用于高度集成的电子器件及光电子器件。但是由于AlGaN/GaN异质结自身具有极强的自发极化效应和压电极化效应，导致在异质界面形成高达10¹²cm^-2的二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)。因此，对于PIN结构的p⁺-AlGaN/i-GaN/n⁺-GaN紫外探测器来说，本征GaN材料性质会受到AlGaN/GaN异质界面2DEG的影响和抑制，比如PIN结构耗尽区内电场大小、耗尽区宽度以及光生载流子的收集效率等性能参数。最终结果会导致探测器的量子效率下降、响应率低、响应频率变慢以及灵敏度低等缺点和不足。

发明内容

基于上述提到的GaN紫外探测器所遇到的问题以及发展需求，本发明创新性的提出了一种栅控PIN结构GaN紫外探测器及其制备方法，不仅能够通过侧栅调节抑制AlGaN/GaN异质界面处的2DEG浓度，而且能够简单便捷地实现理想型PIN结构探测器，以满足快速、高灵敏的紫外探测。

具体方法包括

1)衬底上依次生长GaN缓冲层和n型掺杂GaN层；

2)所述n型掺杂GaN层上生长本征掺杂GaN层；

3)所述本征掺杂GaN层上生长p型掺杂AlGaN层；

4)刻蚀所述本征掺杂GaN层和p型掺杂AlGaN层形成第一台阶和第二台阶；

5)在所述第一台阶和所述第二台阶表面沉积钝化层；

6)刻蚀所述p型掺杂AlGaN层上和所述n型掺杂GaN层上的钝化层分别形成源极孔和漏极孔；

7)在所述源极孔和漏极孔分别沉积源电极和漏电极；

8)在所述本征掺杂GaN层的侧面钝化层上沉积栅电极。

为了降低和抑制异质界面处的高密度2DEG的影响，本发明在原有的PIN结构基础上增加一个侧栅结构，通过侧栅电压来抵消界面极化电荷效应影响，实现真正本征型GaN吸收层，以提高PIN结构GaN紫外探测器的探测性能。

优选地，所述1)中的GaN缓冲层厚度为0.2μm～4μm；所述n型掺杂GaN层厚度为0.25μm～1μm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3，掺杂元素为硅；

优选地，所述2)中的本征掺杂GaN层厚度为0.1μm～3μm；

优选地，所述3)中的p型掺杂AlGaN层厚度为0.1μm～2μm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3，掺杂元素为镁；

优选地，所述4)中第一台阶高度小于第二台阶高度。