[發明專利]一種基于p型透明柵極GaN基紫外探測器的制備方法

在審

• 申請號: 201810274404.8
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108321256A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 劉揚;李柳暗
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/112
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及半導體光電器件的技術領域，更具體地，涉及一種基于p型透明柵極GaN基紫外探測器的制備方法。包括下述步驟：首先提供具有低鋁組分AlGaN/GaN的異質結材料，采用光刻顯影技術及濕法腐蝕在柵極區域沉積一層掩膜層，利用選擇區域外延技術生長接入區的頂層高鋁組分AlGaN而獲得凹槽，在兩端形成源極和漏極區域并覆蓋金屬形成源極和漏極沉積，最后在柵極區域沉積透明的p型氧化物作為柵極對作為光學窗口。接入區的高鋁組分AlGaN能提升溝道載流子濃度進而提升探測器的增益，而柵極區域的低鋁組分AlGaN可以降低溝道電子濃度降低暗電流。本發明工藝簡單，可以很好地解決傳統氮化鎵基紫外探測器在增益、暗電流、及柵極吸光之間的相互制約關系，并可以與電子器件工藝兼容。

技術領域

本發明涉及半導體光電器件的技術領域，更具體地，涉及一種基于p型透明柵極GaN基紫外探測器的制備方法。

背景技術

紫外探測器在軍事和民用方面均有很高的應用價值。軍事上，紫外探測技術可用于導彈制導、導彈預警、紫外通信等領域。紫外探測技術在民用領域中，可用于紫外樹脂固化、燃燒工程及紫外水凈化處理中的紫外線測量、火焰探測等非常廣泛的領域。因此，世界各國把紫外探測技術列為當今研究開發的重點課題。

隨著寬禁帶Ⅲ族氮化物半導體材料（包括GaN、AlGaN、InGaN）的研究和突破，特別是p型材料的突破，帶動了各種器件的發展和應用。鋁鎵氮材料為直接帶隙半導體，其禁帶寬度在3.4eV至6.2eV間可調。因此，理論上講，利用這種材料研制的本征型紫外探測器的截止波長可以連續地從365 nm變化到200 nm。GaN基材料還具有很高的熱導率和電子飽和速度，極高的擊穿電場，穩定的物理和化學特性，用它制作的紫外探測器能很好地在高溫和宇航及軍事等極端條件下工作。相比于硅、砷化鎵等常規半導體，GaN材料有很多優勢。因此，GaN已成為紫外探測領域極具吸引力的材料。

GaN基紫外光探測器目前發展出光電導型、p-n結型、p-i-n結型、肖特基勢壘型和MSM型等結構。 近年，由于AlGaN/GaN或者AlGaN/AlGaN等異質結構能形成二維電子氣溝道而增大器件增益，逐漸引起人們的關注。然而，高濃度的二維電子氣濃度會導致大的暗電流，降低紫外/可見光拒絕比。一種改進方案是在柵極區域引入p-GaN帽層耗盡部分溝道載流子并保留接入區的溝道，從而同時提升器件的增益和拒絕比。但是，p-GaN材料同時會吸收紫外光影響器件的截止波長和增益。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種基于p型透明柵極GaN基紫外探測器的制備方法，可以有效實現低暗電流、高增益及低截止波長。本發明采用的技術方案是：利用選擇區域生長技術制備疊層勢壘層，接入區的高鋁組分AlGaN能提升溝道載流子濃度進而提升探測器的增益，而柵極區域的低鋁組分AlGaN可以降低溝道電子濃度而且可以進一步調整其生長厚度及結合p型柵極調控電子濃度以降低暗電流。通過調控柵極材料的禁帶寬度可以實現對不同波長的紫外光進行探測。此外，在適當的勢壘層厚度及p型柵極時，可以完全耗盡溝道電子實現閾值電壓較低的常關型器件，而在光生載流子作用下可以導致閾值電壓負向移動實現常開型，可以直接連接警報電路。

本發明的技術方案是：一種基于p型透明柵極GaN基紫外探測器的制備方法，結合選擇區域生長疊層勢壘層及p型透明柵極材料實現高性能，具體包括以下步驟：

S1、在襯底上生長應力緩沖層；

S2、在應力緩沖層上生長GaN外延層；

S3、在GaN外延層上生長一層低鋁組分AlGaN勢壘層；

S4、在低鋁組分AlGaN勢壘層上沉積一層SiO₂掩膜層，通過光刻及濕法腐蝕的方法，只保留柵極區域的掩膜層；

S5、在接入區的低鋁組分AlGaN勢壘層上生長一層高鋁組分AlGaN勢壘層；