[發明專利]基于Ga2

有效

• 申請號: 202010126020.9
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111341841B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 董志華;周明;劉輝;王育天;李仕琦;劉國華;程知群
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/78;H01L29/778;H01L31/101
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明公開了基于Ga₂O₃/TiO₂復合懸浮柵的異質結場效應管及其制備方法和紫外探測器件，至少包括源極、漏極、懸浮柵極以及至少一異質結溝道，源極和漏極通過異質結溝道電連接。其中，AlGaN/GaN異質結構中，AlGaN厚度低于足以產生二維電子氣的臨界厚度，因此在天然狀態下，AlGaN/GaN異質結溝道中不存在二維電子氣。在Ga₂O₃/TiO₂懸浮柵結構中，TiO₂位于所述AlGaN層之上，所述Ga₂O₃位于所述TiO₂之上。與現有技術相比，本發明具有如下優點：(1)空穴和電子的瞬間分離，可以增加光生載流子的壽命，提高探測性能。(2)由于光生載流子和溝道電子感應速度極快，又由于二維電子氣的高遷移率，所以光電流產生的速度極快，這將提高紫外探測器的響應速度。

技術領域

本發明涉及一種紫外探測技術領域，特別涉及一種基于Ga₂O₃/TiO₂復合懸浮柵的異質結場效應管及其制備方法和紫外探測器件。

背景技術

以GaN為代表的III-V材料為寬禁帶半導體材料，且是直接帶隙半導體，因此非常適合制作紫外探測器。特別是GaN材料，被稱為第三代半導體中的典型材料之一。基于GaN的紫外探測器，主要分為以下幾種類型：(1)光伏型紫外探測器。光伏性探測器主要包括p-n結、p-i-n結、肖特基結型等，它們結構基本相似。下面以p-i-n結探測器為例說明，其內部能帶圖如圖1所示，是一個具有p-i-n結的半導體以及兩端的歐姆接觸電極。它的工作原理是：在pn結或者肖特基結的耗盡區，存在內建電場。當紫外光照射半導體時，這個內建電場可以分離光生電子空穴對，在探測器兩端產生一定的電壓，這就是光生伏特效應。這種探測器結構簡單，不需要外加偏壓，操作方便，暗電流低，但由于沒有光電流增益，所以其響應靈敏度往往不如光導型探測器。(2)光電導型，又稱為光敏電阻。它的器件結構如圖2所示，其工作原理是：器件由半導體薄膜和位于薄膜兩側的歐姆電極組成，它可以被看作一個電阻。只不過，這個電阻在沒有紫外光照射時，由于缺少自由載流子，導電能力差，呈現高阻態。此時電流很小，被稱為暗電流。在有紫外光照射時，在半導體的內部產生光生載流子，光生載流子在光電導器件兩側正負電壓的牽引下，分別流向相應電極。異種電荷流向相反，造成的電流方向相同。這個電流被稱為光電流。所以當有光電流時，就可以知道有紫外光照射。光電導紫外探測器結構簡單，光電流內部增益極高，在同樣的紫外光照射下具有很大的響應電流，相比傳統的來說在各個方面都有了很大的提升，但仍存在一些需要改進的地方：(1)響應速度慢，即存在光電導持續時間，增加了光響應時間，降低了紫外光探測器的響應速度；(2)暗電流大，光響應與入射光之間存在非線性變化關系，會出現假信號現象，可能會引起測量誤差。(3)光生載流子的壽命短。光生載流子產生以后，不能及時分離，電子和空穴會產生復合現象，使光生載流子的壽命變短，降低光電探測的性能。

發明內容

針對現有光電導型紫外探測器的不足，本發明提出基于Ga₂O₃/TiO₂復合懸浮柵的異質結場效應管及其制備方法和紫外探測器件，利用Ga₂O₃/TiO₂復合懸浮柵結構實現空穴和電子的瞬間分離，能夠增加光生載流子的壽命，提高探測性能；同時利用懸浮柵結構所產生的空穴感應異質結溝道中的二維電子氣，由于光生載流子和溝道電子感應速度極快以及二維電子氣的高遷移率，光電流產生的速度極快，大大提高紫外探測器的響應速度。

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明的技術方案如下：