[發明專利]一種自驅動MSM紫外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011324348.8
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN114530519A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 郭煒;國琛雨;陳荔;葉繼春
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 藏斌

本發明屬于半導體光電器件技術領域，尤其涉及一種自驅動MSM紫外探測器及其制備方法。本發明提供的紫外探測器包括：襯底；設置在襯底表面的圖形化低溫結晶層；設置在圖形化低溫結晶層表面和襯底表面未覆蓋圖形化低溫結晶層區域的高溫外延層；設置于所述圖形化低溫結晶層上的高溫外延層為金屬極性，設置于所述襯底表面未覆蓋圖形化低溫結晶層區域上的高溫外延層為氮極性；設置在所述高溫外延層上的插指電極；插指電極由兩組電極組成，一組電極設置于高溫外延層的金屬極性區域，另一組電極設置于高溫外延層的氮極性區域。本發明提供的MSM紫外探測器在MSM結構的簡單框架下實現了探測器響應度和整體性能的顯著提升，使其可以進行自驅動探測。

技術領域

本發明屬于半導體光電器件技術領域，尤其涉及一種自驅動MSM紫外探測器及其制備方法。

背景技術

紫外探測技術與紅外和激光探測技術互補，是近年來受到廣泛關注的一種光電檢測技術，在紫外預警及偵察、紫外通訊、火警系統、環境污染監測、醫學成像等領域具有極其重要的應用。領域內較為常見的紫外探測器主要是 Si基光電二極管，但由于Si禁帶寬度較窄，必須依賴濾光系統，才能濾除可見光波，從而實現對紫外光的探測。相比之下，基于GaN、AlGaN等寬禁帶半導體材料制備的紫外探測器可以直接探測紫外光線。寬禁帶半導體材料的高電子飽和速度、高擊穿電場、高熱導率、抗高溫和耐輻射等獨特優點使其能夠在高溫，以及極端條件下工作。此外，通過調節AlGaN材料的Al組分，調節材料的禁帶寬度，從而使得探測器探測波長在200～365nm范圍內連續可調，非常適用于在可見光背景下辨別并監測日盲紫外輻射波段。

基于III族氮化物基(如GaN、AlN、AlGaN)薄膜的紫外探測器主要包含光電導型、肖特基結型、金屬-半導體-金屬(MSM)型等平面探測器結構，和pin結等垂直或準垂直探測器結構。通常，MSM探測器由肖特基或歐姆插指電極同時沉積在氮化物薄膜上，具有較小的電容，其薄膜無需摻雜，降低了因摻雜而產生的載流子散射現象和金半接觸的缺陷密度，因而具有較快的響應速率，受到了人們的廣泛關注。此外，MSM結構紫外探測器制備簡單，適合大規模產業化生產。

傳統MSM紫外探測器雖然結構簡單，但因為僅僅依靠肖特基電極收集光生載流子，因此收集效率低，響應度較低。除此之外，傳統MSM紫外探測器因正負電極均沉積在同一薄膜上，因此電勢相同，在零偏壓條件下電流較低。這給長期、穩定的無需外加電源驅動的“自驅動”紫外探測器的開發帶來了巨大的挑戰。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種自驅動MSM紫外探測器及其制備方法，本發明提供的MSM紫外探測器在MSM結構的簡單框架下實現了探測器響應度和整體性能的顯著提升，使其可以進行自驅動探測。

本發明提供了一種自驅動MSM紫外探測器，包括：

襯底；

設置在所述襯底表面的圖形化低溫結晶層，所述圖形化低溫結晶層的材料為纖鋅礦結構的氮化物，所述圖形化低溫結晶層的形成溫度為300～950℃；

設置在所述圖形化低溫結晶層表面和襯底表面未覆蓋圖形化低溫結晶層區域的高溫外延層，所述高溫外延層的材料為纖鋅礦結構的氮化物，所述高溫外延層的形成溫度為1000～1200℃；設置于所述圖形化低溫結晶層上的高溫外延層為金屬極性，設置于所述襯底表面未覆蓋圖形化低溫結晶層區域上的高溫外延層為氮極性；

設置在所述高溫外延層上的插指電極；所述插指電極由兩組電極組成，一組電極設置于所述高溫外延層的金屬極性區域，另一組電極設置于所述高溫外延層的氮極性區域。

優選的，所述襯底為藍寶石襯底。

優選的，所述圖形化低溫結晶層的材料為AlN或GaN。

優選的，所述圖形化低溫結晶層的厚度為10～100nm。