[發明專利]非極性a面GaN基紫外光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210267957.7
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114784123A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王文樑;張景鴻;李國強;李灝;孔德麒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/102;H01L31/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 戴曉琴

本發明公開了一種非極性a面GaN基紫外光電探測器及其制備方法，紫外光電探測器包括紫外光電探測器外延片和沉積在紫外光電探測器外延片上的Si₃N₄鈍化層，以及非對稱MSM結構的肖特基叉指電極；紫外光電探測器外延片包括在r面藍寶石襯底上依次生長的非極性a面AlN緩沖層、組分漸變的非極性a面Al_xGa_1?xN緩沖層和非極性a面GaN外延層，x＝0.2～0.8；Si₃N₄鈍化層設置在非極性a面GaN外延層上；肖特基叉指電極穿透Si₃N₄鈍化層，與紫外光電探測器外延片上的非極性a面GaN外延層直接接觸。本發明實現了高性能非極性a面GaN紫外光電探測器，降低了器件的暗電流，并增加了穩定性。

技術領域

本發明涉及紫外光電探測器技術領域，具體涉及一種非極性a面GaN基紫外光電探測器及其制備方法。

背景技術

紫外光電探測器是在導彈制導、空間通訊、環境監測、生物化學紫外檢測等領域具有重要作用的光電元器件。第三代寬帶隙半導體材料GaN，由于其具有禁帶寬度大、電子遷移速率高、熱穩定性好以及抗輻射能力強的特點，十分適合于制作高頻率、高功率、高集成度的電子器件，在紫外光電探測器領域得到很好的應用。

然而，目前絕大部分商用的GaN基紫外光電探測器的材料以c面((0001)面)作為外延面，這種材料存在嚴重的自發極化和壓電極化效應，產生的強內建電場，形成量子限制斯塔克效應(Quantum-confined Starker Effect，QCSE)，使得電子和空穴波函數的空間分布發生分離，引起能帶彎曲，降低外量子效率，使得器件的暗電流增加，探測性能不穩定，嚴重阻礙了紫外光電探測器性能的提高。此外，當前廣泛采用的p-n結型或p-i-n型結構受到兩方面的制約，一方面由于GaN本身具有的非故意摻雜使其內部存在很高的n型背景載流子濃度，而且在Mg摻雜GaN過程中的鈍化使得大部分Mg不能被激活，導致p型摻雜困難，難以制備高空穴濃度的p型材料；另一方面，p-i-n型紫外光電探測器的結構復雜，制備工藝繁瑣，時間成本和工藝成本較大，不利于大規模生產制造。

因此研究能夠避開自發極化的非極性GaN材料以及開發更加優越的器件結構和簡單的制備方法對紫外光電探測器的發展具有開創性和革命性的意義和社會價值。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本發明提供了一種非極性a面GaN基紫外光電探測器及其制備方法，本發明通過采用非極性a面GaN作為光吸收材料，肖特基叉指電極采用非對稱MSM結構，并且肖特基叉指電極穿透Si₃N₄鈍化層，與非極性a面GaN外延層直接接觸，從而使紫外光電探測器具有了低暗電流、高穩定性的高性能。

本發明的第一個目的在于提供一種非極性a面GaN基紫外光電探測器。

本發明的第二個目的在于提供一種基于非極性a面GaN基紫外光電探測器的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供另一種基于非極性a面GaN基紫外光電探測器的制備方法。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

包括紫外光電探測器外延片和沉積在所述紫外光電探測器外延片上的Si₃N₄鈍化層，以及非對稱MSM結構的肖特基叉指電極，其中：

所述紫外光電探測器外延片包括在r面藍寶石襯底上依次生長的非極性a面AlN緩沖層、組分漸變的非極性a面Al_xGa_1-xN緩沖層和非極性a面GaN外延層，x＝0.2～0.8；

所述Si₃N₄鈍化層設置在所述非極性a面GaN外延層上；