[发明专利]一种对称叉指结构的2DEG紫外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种对称叉指结构的2DEG紫外探测器及制备方法，属于半导体器件制造技术领域。所述紫外探测器从下而上依次包括：衬底层、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和金属电极层。本发明采用具有对称叉指结构2DEG电极，利用AlGaN/GaN异质结构中的价带偏移，该界面上的空穴积累导致电子进入导带的势垒能降低，从而解决了传统器件结构紫外探测器的低响应和低量子效率的缺点，提高了响应度和增益，通过GaN断开2DEG导电通道，降低了器件的暗电流，提高了光暗电流比，有效地减少了响应时间、同时提升了器件灵敏度和信噪比。此外，本发明的制造工艺简单，便于单片集成，进而能够实现光学传感系统的芯片集成。

技术领域

本发明涉及一种对称叉指结构的2DEG紫外探测器及制备方法，属于半导体器件制造技术领域。

背景技术

随着紫外光电探测器在工业生产、环境监测、军用弹道导向预测战略领域、生物医学研究、医学和紫外天文学等方面的广泛应用，半导体紫外光电探测器引起了光探测器领域的广泛关注。紫外光电探测器的性能对紫外信号的探测的可靠性和准确性有着至关重要的影响。因此，在大多数应用中，理想的紫外探测器应该表现出高响应率实现最大化信号，以及低暗电流实现最小化静态功率。

近年来，随着半导体材料的发展，Al(GaN)成为第三代宽带隙半导体材料的典型代表，因其具有高击穿电场、耐高温、优良的化学稳定性、可调节的禁带宽度(3.4-6.2eV)和固有的太阳盲特性使得GaN材料在紫外光电探测器领域备受关注。此外，基于GaN紫外探测器克服了以紫外光电倍增管和Si基紫外探测器为代表的紫外探测器的应用局限性，如：需要使用滤光片来抑制太阳能盲应用中的可见光波段，体积大、效率低且笨重。因此，基于这些优点，许多类型的Al(GaN)基紫外探测器，如p-i-n、肖特基势垒、雪崩和金属-半导体-金属(MSM)叉指结构得到了广泛的研究。但是，由于这些器件通常缺乏内部增益机制，从而限制了实现高响应的能力，导致(Al)GaN基光电探测器的灵敏度较低，远远落后于目前最先进的光电应用的要求。

此外，AlGaN/GaN异质结构界面处形成的具有较高饱和速度和电子迁移率的高导电二维电子气(Two-Dimensional Electron Gas，2DEG)通道可能有利于高电流，使得基于这种结构的光电探测器应具有优异的响应性和高增益。然而，尽管基于AlGaN/GaN异质结构的探测器表现出较大的响应度，但是又同时存在一些缺点，例如高暗电流、低光暗电流比导致的信噪比低以及由于光电导效应导致响应时间过长。因此，高增益常伴随着高暗电流，且响应时间长，灵敏度和信噪比之间存在矛盾。

发明内容

为了解决目前紫外探测器存在的灵敏度低、信噪比低、响应时间过长的问题，本发明提供了一种对称叉指结构的2DEG紫外探测器，利用GaN沟道层断开2DEG导电通道，形成对称叉指2DEG电极从而可以在获得高响应的同时降低了器件的暗电流，所述紫外探测器从下而上依次包括：衬底层、AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和金属电极层；

所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层形成二维电子气2DEG；

所述AlGaN势垒层为：通过刻蚀AlGaN层而形成的对称叉指形状的AlGaN 2DEG电极；所述AlGaN 2DEG电极被所述GaN沟道层隔开；

所述金属电极层与所述AlGaN 2DEG电极形成欧姆接触。

可选的，所述金属电极层的材料为：Ti/Al/Ti/Au复合金属。

可选的，所述衬底层材料为：蓝宝石。

可选的，所述AlGaN势垒层的Al组分为0.18。

可选的，所述紫外探测器的制备方法为在衬底层上生长器件外延异质结构，包括：

步骤1：将未掺杂GaN沉积在AlN缓冲层上；