[發(fā)明專利]基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器

有效

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• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105702773B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 王俊;郭進;王國勝;吳浩然;王唐林;宋曼;易媛媛;謝峰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/0304
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙)11487
• 代理人: 劉葛,郭鴻雁

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體光電子器件，特別是涉及一種紫外探測器。

背景技術

紫外探測技術是繼紅外和激光探測技術之后發(fā)展起來的又一軍民兩用的光電探測技術。紫外探測技術被廣泛的應用于導彈預警與跟蹤、高保密性紫外通信、醫(yī)學、生物、食品藥品安全、火焰監(jiān)測、臭氧檢測、激光探測、熒光分析以及天文學研究等諸多領域。目前，已投入商業(yè)和軍事應用的紫外探測系統(tǒng)，多采用紫外敏感的光電倍增管和類似的真空器件。真空器件雖然能實現(xiàn)高響應的紫外探測，但相對固體探測器而言，具有易破碎、體積大、工作電壓高等缺點。隨著第三代寬禁帶半導體材料技術的進步，人們開始采用本征型寬禁帶半導體來研制紫外固態(tài)光電探測器，其中最具潛力的是基于氮化鎵(GaN)基半導體材料制備的紫外探測器。GaN基薄膜材料，作為第三代半導體材料的代表，具有直接帶隙、禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小、抗輻射能力強、化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點，能夠在太空等惡劣環(huán)境下工作。此外，GaN能夠和AlN形成組分可調的三元合金材料AlGaN，其禁帶寬度從GaN的3.4eV能夠連續(xù)變化到AlN的6.2eV，AlGaN探測器的本征截止波長能夠從365nm連續(xù)變化到200nm，是制作全固態(tài)紫外探測器的理想材料之一。

由于軍民兩用市場巨大的應用前景和基礎前沿性科學探索的需要，GaN基紫外探測器一直是III族氮化物寬禁帶半導體領域研究和開發(fā)的熱點。1992年M.A.Khan等人首次用絕緣GaN材料研制出光電導型紫外探測器，至今GaN基紫外探測器的研究已經歷了20多年的發(fā)展歷程。國外已經對多種結構的GaN基紫外探測器開展了研究，如光電導結構、p-i-n結構、肖特基勢壘結構、MSM(metal-semiconductor-metal)等結構紫外探測器。

在紫外探測的應用中，很多情況需要對特定波段的紫外線進行檢測，被檢測的紫外波段往往在幾十個納米的范圍內。為了實現(xiàn)對特定波段的檢測而不受其它波段的干擾，一般采用在探測器的窗口層加特定的濾波片。在探測器的窗口層加入特定的濾光片雖然能實現(xiàn)特定紫 外線的檢測，但增加濾光片會降低探測器的響應率，同時工藝復雜和成本昂貴。為了使探測器本身具有窗口選擇特性，Wang等人提出背照式p-i-n結構[Appl.Phys.Lett.,73:1086-1088(1998)]，該結構在沉積i型和p型GaN層之前，先在藍寶石襯底上生長一n型AlGaN層，因為AlGaN的帶隙比GaN要寬，可以吸收短波紫外線，從而使探測器只對GaN截止波長和AlGaN截止波長之間的紫外線進行選擇探測。Chiou等人詳細的研究了該類結構中AlGaN厚度對探測器響應的影響[IEEE Electron Device Lett.26,172(2005)]。該結構器件雖然具有很好的紫外/可見光抑制比，但是，該結構不能解決探測器在短波段的抑制比問題，同時外延材料的質量也受到襯底技術的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器，該紫外探測器通過阻擋勢壘結構對探測器的輸運模式進行選擇，同時采用先進的NPSS技術，進而達到全面提高窄帶通紫外探測器性能的目的。

本發(fā)明一種基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器，為復合層結構；

自下而上依次包括：襯底、緩沖層、N型吸收層和肖特基電極；其中于肖特基電極的中間開有缺口，于所述肖特基電極的缺口處、N型吸收層的上方還依次包括N型勢壘層和N型短波過濾層。

本發(fā)明一種基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器，其中所述襯底為納米圖形化藍寶石襯底。

本發(fā)明一種基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器，其中所述緩沖層厚度為100-300nm，所述N型吸收層厚度為300-500nm，所述N型勢壘層厚度為100-200nm，所述N型短波過濾層厚度為300-500nm。

本發(fā)明一種基于NPSS的窄帶通GaN基MSM結構紫外探測器，其中所述緩沖層厚度為200nm，所述N型吸收層厚度為400nm，所述N型勢壘層厚度為150nm；所述N型短波過濾層厚度為400nm。