[发明专利]掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块

说明书

本发明涉及一种掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块，属于光电技术领域。本发明利用垂直刻蚀工艺把传统金属‑半导体‑金属(MSM)结构GaN紫外探测器的平面型电极进行立体嵌入设计，形成掩埋式电极的GaN MSM结构，获得高速、高灵敏度的紫外光探测传感器；针对该器件的特性，设计阻抗匹配电流‑电压转换放大电路，提升动态响应特性，获得微瓦、纳秒级入射紫外光的伏特级检测电压实时输出。本发明能实现紫外探测的电源供电、输出信号的标准化，降低应用成本，适用于电力设备放电、交通运输工具的起停、军民用火焰检测等领域。

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及一种掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块。

背景技术

紫外光尤其是280nm波长附近的深紫外光在空间传播时具有衰减小、抗干扰能力强等优点，它是日盲通信、火箭或火焰识别以及高速光互联的理想光波段。紫外光的检测是实现上述各种紫外光应用的关键核心技术之一。

在过去二十年内，基于GaN半导体的紫外光探测器得到了极大发展，研制的GaN紫外探测器相对传统的硅基光电探测器具有更高的灵敏度，并且对可见光波段具有更好的抑制能力；同时，为满足军民两用的不同需求，采用了参Fe等元素改善材料的电光特性，采用了金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)结构增强器件的光电检测性能；以上各种措施进一步提升了GaN半导体紫外光探测器的性能。

但是，各类应用中紫外光辐射往往功率弱，持续时间短，而现有GaN紫外光探测器不能满足微瓦、纳秒级的紫外光检测需求。衡量紫外光探测器检测性能的关键指标包括：检测灵敏度、响应速度以及制造成本，这三要素也是当前制约紫外检测技术推广使用的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器及其应用电路模块，通过优化GaN紫外探测传感器的器件结构，设计配套的检测电路，实现高速、高灵敏度的紫外光探测模块的优化设计。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器，包括衬底部分、GaN外延层、电极I和电极II；所述衬底部分位于底层，与GaN外延层相连；所述GaN外延层厚度为h_GaN；所述电极I和电极II不相连，所述电极I和电极II呈交错齿状，错齿宽度为λ，错齿间距为λ，所述电极I和电极II以深度d掩埋在GaN外延层内，h_GaN＞d。

进一步，该传感器长宽尺寸范围为0.5mm～5mm，λ取值范围为1μm～6μm，d取值范围为0.2μm～3μm，h_GaN取值范围为3μm～10μm。

进一步，该方法具体为首先在所述衬底部分上外延生长GaN层，即GaN外延层，然后对GaN外延层进行垂直刻蚀，形成交错齿状结构，最后进行掩膜蒸镀完成电极的制作。

进一步，包括掩埋式电极的GaN紫外光电探测传感器、与其匹配的电流-电压转换放大电路和高通滤波器；

所述电流-电压转换放大电路包括低噪声放大器U1A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和电容C3构成的阻抗匹配电流-电压转换放大电路；

所述高通滤波器包括低噪声放大器U2A、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容C5和电容C6；