[发明专利]基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体光电子器件，特别是涉及一种紫外探测器。

背景技术

紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用的光电探测技术。紫外探测技术被广泛的应用于导弹预警与跟踪、高保密性紫外通信、医学、生物、食品药品安全、火焰监测、臭氧检测、激光探测、荧光分析以及天文学研究等诸多领域。目前，已投入商业和军事应用的紫外探测系统，多采用紫外敏感的光电倍增管和类似的真空器件。真空器件虽然能实现高响应的紫外探测，但相对固体探测器而言，具有易破碎、体积大、工作电压高等缺点。随着第三代宽禁带半导体材料技术的进步，人们开始采用本征型宽禁带半导体来研制紫外固态光电探测器，其中最具潜力的是基于氮化镓(GaN)基半导体材料制备的紫外探测器。GaN基薄膜材料，作为第三代半导体材料的代表，具有直接带隙、禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性高等优点，能够在太空等恶劣环境下工作。此外，GaN能够和AlN形成组分可调的三元合金材料AlGaN，其禁带宽度从GaN的3.4eV能够连续变化到AlN的6.2eV，AlGaN探测器的本征截止波长能够从365nm连续变化到200nm，是制作全固态紫外探测器的理想材料之一。

由于军民两用市场巨大的应用前景和基础前沿性科学探索的需要，GaN基紫外探测器一直是III族氮化物宽禁带半导体领域研究和开发的热点。1992年M.A.Khan等人首次用绝缘GaN材料研制出光电导型紫外探测器，至今GaN基紫外探测器的研究已经历了20多年的发展历程。国外已经对多种结构的GaN基紫外探测器开展了研究，如光电导结构、p-i-n结构、肖特基势垒结构、MSM(metal-semiconductor-metal)等结构紫外探测器。

在紫外探测的应用中，很多情况需要对特定波段的紫外线进行检测，被检测的紫外波段往往在几十个纳米的范围内。为了实现对特定波段的检测而不受其它波段的干扰，一般采用在探测器的窗口层加特定的滤波片。在探测器的窗口层加入特定的滤光片虽然能实现特定紫 外线的检测，但增加滤光片会降低探测器的响应率，同时工艺复杂和成本昂贵。为了使探测器本身具有窗口选择特性，Wang等人提出背照式p-i-n结构[Appl.Phys.Lett.,73:1086-1088(1998)]，该结构在沉积i型和p型GaN层之前，先在蓝宝石衬底上生长一n型AlGaN层，因为AlGaN的带隙比GaN要宽，可以吸收短波紫外线，从而使探测器只对GaN截止波长和AlGaN截止波长之间的紫外线进行选择探测。Chiou等人详细的研究了该类结构中AlGaN厚度对探测器响应的影响[IEEE Electron Device Lett.26,172(2005)]。该结构器件虽然具有很好的紫外/可见光抑制比，但是，该结构不能解决探测器在短波段的抑制比问题，同时外延材料的质量也受到衬底技术的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器，该紫外探测器通过阻挡势垒结构对探测器的输运模式进行选择，同时采用先进的NPSS技术，进而达到全面提高窄带通紫外探测器性能的目的。

本发明一种基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器，为复合层结构；

自下而上依次包括：衬底、缓冲层、N型吸收层和肖特基电极；其中于肖特基电极的中间开有缺口，于所述肖特基电极的缺口处、N型吸收层的上方还依次包括N型势垒层和N型短波过滤层。

本发明一种基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器，其中所述衬底为纳米图形化蓝宝石衬底。

本发明一种基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器，其中所述缓冲层厚度为100-300nm，所述N型吸收层厚度为300-500nm，所述N型势垒层厚度为100-200nm，所述N型短波过滤层厚度为300-500nm。

本发明一种基于NPSS的窄带通GaN基MSM结构紫外探测器，其中所述缓冲层厚度为200nm，所述N型吸收层厚度为400nm，所述N型势垒层厚度为150nm；所述N型短波过滤层厚度为400nm。