[发明专利]一种基于极化效应的AlGaN-MSM探测器结构及其制备方法

说明书

本发明为一种基于极化效应的AlGaN‑MSM探测器结构及其制备方法。一种基于极化效应的AlGaN‑MSM探测器结构，其沿着外延生长方向依次包括：衬底101、缓冲层102、吸收层103；吸收层以上的部分为以下两种形式之一：第一种为：吸收层的一侧覆盖有极化薄层，吸收层的另一侧覆盖有肖特基电极；极化薄层的表面还覆盖有欧姆电极；或者，第二种为：吸收层的两侧分别覆盖有左极化薄层和右极化薄层，左极化薄层和右极化薄层表面分别覆盖有欧姆电极。本发明中基于极化效应的AlGaN‑MSM探测器结构，生产成本低，制作工艺简单可靠，易于生产，可应用于紫外探测等领域。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域，具体地说是一种利用极化效应分离光生载流子，从而改善载流子输运的AlGaN-MSM光电探测器及其制备方法。

背景技术

半导体光电探测器是一种把光辐射信号转变为电信号的器件，其工作原理是基于光辐射与半导体材料的相互作用所产生的光电效应。随着科学技术的不断发展，紫外探测技术日益进步，在情报传递、信息通信、导弹预警、紫外分析、生化分析等军事领域和火灾监测、医学治疗、公安侦查、环境检测等民用领域有着广泛的应用。光电探测器种类繁多，目前的研究重点是第三代宽禁带半导体材料制成的光电探测器。第三代宽禁带半导体材料主要包括GaN、AlN、InN及其三、四元化合物，具有直接带隙、禁带宽度大、电子迁移率高、抗辐射能力强等特性，能够在恶劣环境下工作，其中最具代表性的是由GaN基材料制成的紫外光电探测器。

从1992年M.A.Khan等人首次在蓝宝石衬底上成功制备出GaN光电导探测器至今，GaN基光电探测器的研究已经有了将近30年的历史。GaN半导体材料因其禁带宽度大、电子饱和速度快、热导率高、良好的化学和物理稳定性等优点，在高性能紫外光电探测器的制备中具有广阔的应用前景。然而对于传统的GaN基MSM探测器，亟待解决的主要问题是载流子输运效果不佳和光电转换效率低。传统的MSM探测器是利用金属/半导体界面处肖特基结中的电场将光生电子和空穴分开，从而产生光电流，然而肖特基势结中的电场强度受限于金属和半导体功函数，因此电场强度有限；此外在大光照强度下，由于光生载流子的屏蔽作用，电场强度进一步降低，这将减弱载流子的输运效率，减小光电流；由此考虑到，AlGaN(或InGaN)属于极化材料，它们本身存在自发极化效应。当形成异质结时，界面处的应力会产生压电极化效应，两种极化效应的叠加会产生很强的极化电场，且该极化电场不易被光生载流子屏蔽，有助于承载大电流信号，避免信号饱和。

最初的GaN基MSM探测器由于工艺简单、探测率高而备受关注；然而它的增益和量子效率都比较低。21世纪初，大量研究者在Si衬底上生长GaN薄膜，并基于此研制MSM型紫外探测器，不断改善光电探测器的电流-电压特性，但是其光电流仍然可以提高。而且目前传统MSM探测器存在的问题是：大光照下存在载流子的屏蔽作用，光电流减小，电流-电压性能降低。因此，提升探测器的光电流显得尤为重要，而利用极化效应加速光生载流子的运动，产生电流是优化探测器器件性能的有效措施。

发明内容

本发明的目的是针对传统GaN基MSM探测器结构和技术中存在的不足，提供一种基于极化效应的AlGaN-MSM探测器结构及其制备方法。该结构在吸收层与电极之间插入一层AlGaN(或InGaN)薄层，利用AlGaN/AlGaN(或InGaN/AlGaN)间的极化效应调制势垒高度并实现半导体/半导体界面处的内建电场，在极化电场与外加电压的电场方向相同的情况下，达到加速光生载流子运动，增强电子和空穴的分离和输运，提高光电流的目的。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种基于极化效应的AlGaN-MSM探测器结构，其沿着外延生长方向依次包括：衬底、缓冲层、吸收层；吸收层以上的部分为以下两种形式之一：

第一种为：吸收层的一侧覆盖有极化薄层，吸收层的另一侧覆盖有肖特基电极；极化薄层的表面还覆盖有欧姆电极；

所述的极化薄层覆盖面积为吸收层面积的25％～35％；极化薄层和肖特基电极的面积相同；