[发明专利]基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器及其制备方法，所述紫外探测器包括衬底、生长在衬底上的薄膜层、淀积在薄膜层的掩膜层、以及生长在掩膜层上的光吸收层、以及复合于光吸收层上的电极层；所述光吸收层为半极性AlInGaN超晶格材料。本发明将低缺陷密度的半极性Al_xGa_1‑xN/In_yGa_1‑yN超晶格结构成功应用于紫外探测器吸收层，同时可以通过精确调节金属Al、In金属元素组分x和y，使Al_xIn_yGa_1‑x‑yN超晶格材料带隙宽度在3.4～6.2eV范围连续可调，对应的响应波长范围处于200～365nm。本发明的紫外探测器能够兼顾降低材料缺陷密度和极化效应，结合金属叉指结构电极工艺，能有效提高光生载流子收集效率，在降低器件暗电流的同时，显著提高响应度和响应速度。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制备，尤其涉及一种基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器及其制备方法。

背景技术

宽波段紫外探测技术在紫外通讯、侦察及预警、环境污染监测等领域具有极其重要的应用。AlGaN基第三代宽禁带半导体材料由于具有高电子饱和速度、高击穿电场、高热导率和耐辐射等物化特性，已成为制备紫外探测器的优选材料体系。通过调节AlGaN的材料组分可以使探测波长在200～365nm范围内连续可调，非常适用于在可见光背景下辨别监测日盲紫外宽波段。AlGaN基金属-半导体-金属(MSM)结构探测器因其电容小、结构简单、高响应度、高紫外探测比等优势，成为目前最受关注的紫外探测器之一。

AlGaN紫外探测器虽然拥有上述诸多优势，但基于异质外延生长导致的晶格失配和热失配会在AlGaN材料中引入高密度位错缺陷，使肖特基势垒厚度变薄，形成缺陷辅助的隧穿电流，从而增加探测器暗电流，此外，金属与半导体界面的缺陷态会捕获光生载流子导致光电导增益，降低了探测器件的响应速度，更为关键的是，AlGaN材料较强的极化效应严重制约了光生载流子输运，导致光生载流子不能被有效收集，限制了器件探测效率和工作性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的提供一种响应速度快、探测效率高、暗电流低、器件性能好的基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器；本发明的另一目的提供一种基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器的制备方法。

技术方案：本发明的基于半极性超晶格结构的宽波段紫外探测器，包括衬底、生长在衬底上的薄膜层、淀积在薄膜层的掩膜层、以及生长在掩膜层上的光吸收层、以及复合于光吸收层上的电极层；所述光吸收层为半极性AlInGaN超晶格材料；AlInGaN超晶格材料为Al_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN超晶格结构，其中，Al的组分x变化区间为0～1，In的组分y变化区间为0～1，且x/y为4.66。

优选的，衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。

优选的，薄膜层为GaN薄膜层，电极层为Ni/Au双层MSM金属电极层，掩膜层为SiO₂掩膜层或Si₃N₄掩膜层。

优选的，Al_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN超晶格结构中包含n个Al_xGa_1-xN子层和n个In_yGa_1-yN子层；其中，Al_xGa_1-xN子层为半极性晶面，厚度不小于0.1nm，In_yGa_1-yN子层为半极性晶面，厚度不小于0.1nm。

优选的，Al_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN的超晶格结构周期数不小于1。