[发明专利]具有金属栅结构的Ga2

说明书

本发明为一种具有金属栅结构的Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备方法。所述的探测器结构为以下两种：第一种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上为金属层；或者，第二种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层，第二绝缘层的上表面为金属层。本发明的暗电流量级为10supgt;‑15/supgt;，低暗电流可以降低探测器的功耗，提高灵敏度，从而大大增强对信号的识别能力，并且工艺简单可靠，可重复性强，生产成本低，适于产业推广，可应用于紫外探测领域。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构及其制备方法。

背景技术

由于平流层中臭氧可以完全吸收200～280nm的日盲波段，导致太阳辐射中的深紫外光无法到达地球表面，因此日盲紫外光电探测器在使用时不存在太阳辐射的干扰源，可以实现较高的信噪比和较低的误报率，可用于弱信号的检测，包括臭氧检测、火焰检测和导弹跟踪等。氧化镓材料(Ga₂O₃)作为一种典型的第三代宽禁带半导体材料，具有天然的日盲特性(禁带宽度高达4.9eV)，可定向检测日盲波段的紫外光且不受太阳光背景辐射的影响，透光率高，热稳定好，是日盲紫外探测器的理想材料。目前，报道中Ga₂O₃基日盲紫外光电探测器的应用材料多为薄膜型，但Ga₂O₃薄膜中深能级缺陷密度较高，会引起较高的暗电流，并且载流子在Ga₂O₃薄膜中的迁移率较低，导致探测器的光电转换效率、响应速率和外量子效率等性能较低。为改善器件性能，研究人员进行了系列探究，比如专利号为CN111312852B的中国专利公开了一种氧化镓半导体结构探测器及制备方法，该专利通过将氧化镓单晶晶片与绝缘体上硅中的顶层硅键合，成功转移氧化镓薄膜，且通过将顶层硅氧化，有效地解决了漏电问题。此外，专利号为CN111863981A的中国专利公开了一种氧化镓日盲光电探测器及其制造方法，该专利通过将氧化镓吸收层设置为3D S形循环结构以及3D S形插指电极，使电场分布更加均匀，电极收集光生载流子的能力更强。以上所提及的专利都在一定程度上提高了基于氧化镓半导体结构制备的器件性能，但仍然没有同时解决Ga₂O₃基日盲光电探测器中载流子传输效率低以及暗电流高的问题。

发明内容

本发明的目的为针对当前日盲紫外光电探测器存在的技术不足，提供一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法。本发明通过将日盲紫外光电探测器中原有的光吸收单层设计为吸收层、势垒层和沟道层结构，即将吸收边匹配日盲深紫外波段的Ga₂O₃吸收层和高电子迁移速率晶体管结构相结合，并且在吸收层上设置图形化的金属层，利用金属半导体接触形成的电场将载流子输运到高迁移率沟道处，金属栅与势垒层形成的耗尽区来抑制暗电流，并利用沟道的较高迁移率提高器件中的光电流，在实现日盲紫外光探测的同时增强了探测器的响应度。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，所述的探测器结构为以下两种：

第一种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上为金属层；

或者，第二种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层，第二绝缘层的上表面为金属层；