[發明專利]具有鈣鈦礦復合柵結構的GaN HEMT光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010976148.4
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112349777B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張澤雨林;陳大正;朱衛東;游海龍;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/49;H01L29/423;H01L29/20;H01L31/113
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種具有鈣鈦礦復合柵結構的GaN HEMT光電探測器及其制備方法，其中，GaN HEMT光電探測器包括襯底、位于襯底上的GaN緩沖層、位于GaN緩沖層上的AlGaN勢壘層、位于AlGaN勢壘層表面兩側的源漏電極，以及位于源漏電極之間的復合柵結構，其中，復合柵結構包括位于AlGaN勢壘層上的鈣鈦礦以及位于鈣鈦礦層上的TCO層。本發明將鈣鈦礦圖形化后，與透明導電氧化物組成復合柵結構，并將其用在氮化鎵HEMT光電探測器上，以使鈣鈦礦材料優異的光電性能與HEMT器件的高遷移率、高開關比特性相結合，從而獲得更好的光電響應，擴大了器件應用范圍。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種具有鈣鈦礦復合柵結構的GaNHEMT光電探測器及其制備方法。

背景技術

20世紀80年代后期，研究人員在碳化硅、藍寶石襯底上通過插入氮化鎵緩沖層的方法生長出高質量的GaN及AlGaN后，GaN高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)就進入了飛速發展的時期。GaN高電子遷移率晶體管器件擁有諸多的優勢：一是具有較高的工作電壓及工作頻率；二是具有較低的導通電阻和較小的輸入輸出電容；三是具有更高的抗輻照性與更高的耐高溫性。由于以上優勢，GaN高電子遷移率晶體管器件經常被用于電力電子領域與微波領域。

鈣鈦礦作為新型的光電材料，由于其高吸收系數，高載流子遷移率和帶隙可調的優點，常用于光電器件，尤其是在太陽能電池領域得到了成功的應用。此外，在光電探測器的應用方面，鈣鈦礦光電探測器興起只有短短幾年時間便經歷了十分蓬勃的發展，迅速成為光電子領域研究的熱門。研究表明，基于鈣鈦礦材料有望制備新一代低成本、高性能光電探測器。鈣鈦礦材料具有豐富的微觀形貌，包括微晶/多晶薄膜、塊體單晶和低維納米單晶等，不同形貌的鈣鈦礦材料在性能上展示出很大的不同。

目前，雖然鈣鈦礦多晶薄膜較易制備，但其不易實現圖形化，因此，現有的多晶薄膜探測器大多直接采用鈣鈦礦薄膜作為光活性層進行探測。其中，鈣鈦礦光暗電流比雖可達到10⁶，但是需要電子、空穴傳輸層等復雜結構的支持，這大大限制了其在光電探測器件中的應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種具有鈣鈦礦復合柵結構的GaN HEMT光電探測器及其制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種具有鈣鈦礦復合柵結構的GaN HEMT光電探測器，包括襯底、位于所述襯底上的GaN緩沖層、位于所述GaN緩沖層上的AlGaN勢壘層、位于所述AlGaN勢壘層表面兩側的源漏電極以及位于所述源漏電極之間的復合柵結構，其中，所述復合柵結構包括位于所述AlGaN勢壘層上的鈣鈦礦層以及位于所述鈣鈦礦層上的TCO層。

在本發明的一個實施例中，所述鈣鈦礦層的厚度為200-1000nm。

在本發明的一個實施例中，所述鈣鈦礦層為有機無機雜化鈣鈦礦或者全無機鈣鈦礦。

在本發明的一個實施例中，所述鈣鈦礦層包括有機無機雜化鈣鈦礦MAPbI₃。

在本發明的一個實施例中，所述TCO層的厚度為100nm。

在本發明的一個實施例中，所述TCO層的材料為ITO、FTO或者AZO。

在本發明的一個實施例中，所述襯底的材料為藍寶石、硅或者碳化硅。

本發明的另一個實施例還提供了一種具有鈣鈦礦復合柵結構的GaN HEMT光電探測器的制備方法，包括：

選取一定襯底，并依次在所述襯底上外延生長GaN緩沖層和AlGaN勢壘層；

在所述AlGaN勢壘層上制作源漏電極；

在所述源漏電極之間的柵極區域制備鈣鈦礦層，并在所述鈣鈦礦層上淀積TCO層，以形成復合柵結構，從而完成器件的制備。