[發(fā)明專利]增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法

有效

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• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103247709A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎大兵;孫曉娟;宋航;蔣紅;李志明;陳一仁;繆國慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/103
• 分類號: H01L31/103;H01L31/105;H01L31/108
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

三元合金AlGaN基材料具有直接寬帶隙、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是制備紫外以及深紫外探測器的理想材料，尤其是在對深紫外光的探測方面，AlGaN基深紫外探測器與現(xiàn)有的Si探測器和光電倍增管相比獨具優(yōu)勢，主要體現(xiàn)：AlGaN基材料通過調(diào)節(jié)Al組分可以實現(xiàn)禁帶寬度在3.4～6.2eV之間連續(xù)可調(diào)，因此AlGaN基紫外探測器能夠?qū)崿F(xiàn)對200～365nm紫外以及深紫外光的本征探測，不僅避免了Si探測器中復(fù)雜的濾光系統(tǒng)的使用，而且解決了Si探測器的光生載流子在探測器表面復(fù)合的缺點；AlGaN基深紫外探測器作為半導(dǎo)體全固態(tài)探測器，具有體積小、功耗低的優(yōu)點，有效克服了光電倍增管需要大的功率電源和陰極制冷等缺點；AlGaN基深紫外探測器的抗輻照能力強，能夠在高空等惡劣環(huán)境下工作，這是Si探測器和光電倍增管無法實現(xiàn)的。

由于AlGaN基材料同質(zhì)單晶襯底的缺乏，使得AlGaN基材料通常制備在藍寶石等異質(zhì)襯底上，大的晶格失配和熱失配使得AlGaN材料中存在高密度的缺陷，另外由于在外延AlGaN材料的過程中，Al原子的遷移能力差，AlGaN外延層中的缺陷密度往往都在10⁹cm^-2以上，高密度缺陷不僅增加AlGaN基探測器漏電流，也導(dǎo)致AlGaN基深紫外探測器的光響應(yīng)度低，性能差。

表面等離激元共振增強是指在金屬表面存在的自由振動的電子在光電場驅(qū)動下移動，在另一側(cè)產(chǎn)生等量的正電荷，此正負(fù)電荷在恢復(fù)力的作用下產(chǎn)生振蕩，當(dāng)表面等離激元與光子耦合后，產(chǎn)生表面等離激元共振，進而引起局部場增強、入射光散射截面增大等效應(yīng)。分散的納米金屬體系能夠產(chǎn)生表面等離激元共振增強效應(yīng)，共振增強頻率與納米金屬體系的種類、形態(tài)、分布、密度等因素有關(guān)。到目前為止，Ag、Au等納米粒子已經(jīng)成功應(yīng)用于太陽能電池和發(fā)光二極管中，增強了Si基、GaAs基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，例如，在InP/InGaAsP量子阱太陽能電池中，利用表面等離激元增強將太陽能電池的短路電流密度增強了12.9%，轉(zhuǎn)換效率增強了17%。但是現(xiàn)有技術(shù)中還沒有表面等離激元增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN基深紫外探測器光響應(yīng)度低的技術(shù)問題，提供一種增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法。

本發(fā)明提供一種增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法，包括以下步驟：

(1)生長AlGaN基深紫外探測器材料；

(2)在AlGaN基深紫外探測器材料表面制備能夠產(chǎn)生表面等離激元共振的金屬納米結(jié)構(gòu)體系，所述的金屬納米結(jié)構(gòu)體系由分散的銀納米顆?；蛘叻稚⒌匿X納米顆粒組成；

(3)制備電極，得到AlGaN基深紫外探測器。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明從光場調(diào)控的角度，利用金屬表面等離激元與深紫外光的共振耦合產(chǎn)生的局部場增強效應(yīng)，粒子散射截面增大效應(yīng)等，增強AlGaN基深紫外探測器對深紫外光的吸收效率及對深紫外光探測能力；

(2)本發(fā)明是在現(xiàn)有AlGaN基深紫外探測器制備工藝的基礎(chǔ)上，在AlGaN基材料表面制備Al、Ag等具有高表面等離激元共振能量的金屬納米結(jié)構(gòu)，此金屬納米結(jié)構(gòu)能夠通過和紫外光的共振耦合效應(yīng)有效的增強AlGaN基深紫外探測器的響應(yīng)度，實現(xiàn)了探測器對微弱信號的探測，且工藝簡單、效果顯著；

(3)本發(fā)明適用于增強不同結(jié)構(gòu)AlGaN基深紫外探測器的響應(yīng)度，如金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)、肖特基結(jié)構(gòu)、PN結(jié)構(gòu)以及PIN結(jié)構(gòu)的AlGaN基深紫外探測器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例增強金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例制備的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)AlGaN基深紫外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，21、襯底，22、AlN緩沖層，23、AlGaN外延層，24、Al納米結(jié)構(gòu)體系，25、AlGaN基深紫外探測器。

具體實施方式

增強AlGaN基深紫外探測器響應(yīng)度的方法，包括以下步驟：

(1)采用MOCVD生長AlGaN基深紫外探測器材料，襯底的材料為藍寶石、硅或者碳化硅，生長過程中利用三甲基鎵作為鎵源，三甲基鋁作為鋁源，氨氣作為氮源，生長過程采用短波原位監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測，由于Al原子的遷移率較低，采用高溫MOCVD的方法能夠增強Al原子遷移率，降低缺陷密度，增強材料質(zhì)量；