[发明专利]基于Ga2

说明书

本发明公开了基于Ga₂O₃/TiO₂复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件，至少包括源极、漏极、悬浮栅极以及至少一异质结沟道，源极和漏极通过异质结沟道电连接。其中，AlGaN/GaN异质结构中，AlGaN厚度低于足以产生二维电子气的临界厚度，因此在天然状态下，AlGaN/GaN异质结沟道中不存在二维电子气。在Ga₂O₃/TiO₂悬浮栅结构中，TiO₂位于所述AlGaN层之上，所述Ga₂O₃位于所述TiO₂之上。与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)空穴和电子的瞬间分离，可以增加光生载流子的寿命，提高探测性能。(2)由于光生载流子和沟道电子感应速度极快，又由于二维电子气的高迁移率，所以光电流产生的速度极快，这将提高紫外探测器的响应速度。

技术领域

本发明涉及一种紫外探测技术领域，特别涉及一种基于Ga₂O₃/TiO₂复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件。

背景技术

以GaN为代表的III-V材料为宽禁带半导体材料，且是直接带隙半导体，因此非常适合制作紫外探测器。特别是GaN材料，被称为第三代半导体中的典型材料之一。基于GaN的紫外探测器，主要分为以下几种类型：(1)光伏型紫外探测器。光伏性探测器主要包括p-n结、p-i-n结、肖特基结型等，它们结构基本相似。下面以p-i-n结探测器为例说明，其内部能带图如图1所示，是一个具有p-i-n结的半导体以及两端的欧姆接触电极。它的工作原理是：在pn结或者肖特基结的耗尽区，存在内建电场。当紫外光照射半导体时，这个内建电场可以分离光生电子空穴对，在探测器两端产生一定的电压，这就是光生伏特效应。这种探测器结构简单，不需要外加偏压，操作方便，暗电流低，但由于没有光电流增益，所以其响应灵敏度往往不如光导型探测器。(2)光电导型，又称为光敏电阻。它的器件结构如图2所示，其工作原理是：器件由半导体薄膜和位于薄膜两侧的欧姆电极组成，它可以被看作一个电阻。只不过，这个电阻在没有紫外光照射时，由于缺少自由载流子，导电能力差，呈现高阻态。此时电流很小，被称为暗电流。在有紫外光照射时，在半导体的内部产生光生载流子，光生载流子在光电导器件两侧正负电压的牵引下，分别流向相应电极。异种电荷流向相反，造成的电流方向相同。这个电流被称为光电流。所以当有光电流时，就可以知道有紫外光照射。光电导紫外探测器结构简单，光电流内部增益极高，在同样的紫外光照射下具有很大的响应电流，相比传统的来说在各个方面都有了很大的提升，但仍存在一些需要改进的地方：(1)响应速度慢，即存在光电导持续时间，增加了光响应时间，降低了紫外光探测器的响应速度；(2)暗电流大，光响应与入射光之间存在非线性变化关系，会出现假信号现象，可能会引起测量误差。(3)光生载流子的寿命短。光生载流子产生以后，不能及时分离，电子和空穴会产生复合现象，使光生载流子的寿命变短，降低光电探测的性能。

发明内容

针对现有光电导型紫外探测器的不足，本发明提出基于Ga₂O₃/TiO₂复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件，利用Ga₂O₃/TiO₂复合悬浮栅结构实现空穴和电子的瞬间分离，能够增加光生载流子的寿命，提高探测性能；同时利用悬浮栅结构所产生的空穴感应异质结沟道中的二维电子气，由于光生载流子和沟道电子感应速度极快以及二维电子气的高迁移率，光电流产生的速度极快，大大提高紫外探测器的响应速度。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：