[發明專利]一種GaN紫外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201911111605.7
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110890444A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 金鑫;湯乃云;葉懷宇;張國旗
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/105;H01L31/0304
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 閻冬

本發明提供一種GaN紫外探測器及其制備方法，該探測器是具有高抗反射結構的新型紫外探測器，能夠實現快速、高靈敏度的紫外光探測；其倒梯形的凹槽有助于入射光在內部多次被吸收，抑制探測器的高表面反射，增強探測器的光吸收，提高探測器的量子效率、光響應率等性能；此外，Ga₂O₃納米線作為抗反射層和紫外敏感材料，能夠進一步提高探測器的光電性能。

技術領域

本發明涉及紫外探測領域，具體為一種GaN紫外探測器及其制備方法。

背景技術

作為第三代半導體之一，GaN因為其獨特的光電子特性(3.4eV禁帶寬度)，被公認為紫外探測器的核心材料，非常適用于高度集成紫外光電子器件。但是對于傳統的GaN紫外探測器來說，其通常是在平面襯底之上制備而成，而平面結構的探測器具有很高的表面反射效率，會導致探測器的光子吸收效率、光探測率以及響應率等性能會受到影響。近些年來，表面修正技術被越來越多的使用于有效地減少表面反射和增強光子的吸收效率方面，尤其是對GaN、AlGaN等外延材料的器件。在諸多表面修正技術中，自上而下的基底微加工技術、自下而上的合成納米材料(納米結構和薄膜材料)技術以及二者的結合被認為是最有效的方法和技術路徑。利用半導體PN結光伏效應制成的器件稱為光伏探測器，也稱結型光電器件。這類器件品種很多，其中包括：光電池、光電二極管、光電晶體管、光電場效應管、PIN管、雪崩光電二極管、光可控硅、陣列式光電器件、象限式光電器件、位置敏感探測器(PSD)、光電耦合器件等。

目前大多數紫外探測器的光電響應在準確性和靈敏度方面有待進一步提高，同時由于不可避免的表面反射，導致入射光子在探測器中的吸收效率也未能達到理論值，因此紫外探測器在量子效率、光響應率等光電性能是目前研究人員急需要解決的問題之一。

發明內容

基于上述所提到的問題，依賴先進的微納加工技術在傳統的GaN紫外探測器上進行表面改進，以提高GaN探測器的光子吸收效率、探測率和光電響應率等性能。本發明創新性的提出了一種具有高抗反射結構的GaN紫外探測器的制備方法，不僅能夠降低探測器表面對光子的反射效率，而且能夠將入射光子局域在器件內部實現極高的光子吸收率和探測效率。一種GaN紫外探測器的制備具體方法包括以下步驟：

1)襯底上依次生長GaN緩沖層和n型GaN層；

2)選擇性刻蝕n型GaN層，形成倒梯形凹槽；

3)在凹槽內依次外延生長本征GaN層和p型AlGaN層；

4)p型AlGaN層上生長一層Ga₂O₃納米線使得入射探測器的紫外光子只進不出，抑制表面反射；

5)在納米線上淀積一層ITO透明電極；

6)在凹槽外n型GaN層之上沉積一個金屬電極；

外延的GaN/AlGaN之上合成Ga₂O₃納米線，納米線材料本身具有很強的降低表面光反射效率的作用，

采用自上而下的基底微加工技術能夠在外延材料上制備一些局域光束的凹槽結構。納米線材料本身具有很強的降低表面光反射效率的作用，所以集成納米材料的凹槽結構就像一個“黑洞”一樣，使得入射探測器的紫外光子只進不出，極大地抑制表面反射，并能夠將GaN探測器的光子吸收效率、探測率、響應率等光電性能提高到新的水平和高度。

優選地，其特征在于：所述1)中的GaN緩沖層厚度為0.2μm～5μm；所述n型GaN層厚度為0.5μm～4μm，摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3，摻雜元素為硅。

優選地，其特征在于：所述2)中的倒梯形凹槽，凹槽的深度為0.2μm～3.5μm，并且不大于n型GaN層的厚度。