[实用新型]一种含极化调控层的AlGaN基量子阱红外探测器

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体光电探测器领域，具体涉及一种含极化调控层的AlGaN基量子阱红外探测器。

背景技术

单一芯片上双波段、甚至多波段探测是未来探测技术发展的主要方向。从探测波段来看，紫外和红外探测技术是目前应用需求较广、发展较为成熟的两种探测技术。若在同一个芯片上集成紫外和中（远）红外两种波段的探测技术，则既能发挥紫外探测技术低背景噪声的优势，又能发挥红外探测技术远距离的优势，对于背景环境复杂的应用场景尤其适用。考虑到紫外和红外波段的波长跨度较大，选取合适的光敏材料是关键。AlGaN基第三代宽禁带半导体材料带隙从3.4-6.2 eV可调，是理想的制作紫外探测器件的材料；另一方面，GaN/AlGaN量子阱材料结构的成功制备使得氮化物材料探测红外光波成为可能。因此，要实现在单一芯片上集成紫外和红外探测技术，AlGaN材料是首选。

从目前的技术现状来分析，基于AlGaN材料的紫外探测技术相对成熟，且由此制成的紫外探测器件已得到商业应用。而利用GaN/AlGaN量子阱子带能级跃迁探测红外光的技术则比较滞后，器件性能不甚理想，主要体现在光电流响应信号弱和暗电流大。暗电流大主要是由材料晶体质量差所致，该问题的解决将很大程度上依赖于材料外延技术的进步。对于光电流响应信号弱，主要是由于氮化物材料的极化效应所致。量子势垒层能带在极化电场作用下发生倾斜形成类三角形分布，而激发态能级主要分布在该类三角形能带区域，当位于激发态能级上的光生电子在发生迁移行为时，将会受到势垒层较强烈的阻挡作用，导致光电流信号不能被外电路检测。根据文献报道，以此方式工作的AlGaN基量子阱中红外探测器需要在极低的温度下（~4 K）才能检测出有效的光电流信号。文献Rong, X. et al. Mid-infrared Photoconductive Response in AlGaN/GaN Step Quantum Wells. Sci. Rep. 5, 14386 (2015) 中尝试引入台阶型势垒结构调控极化电场，虽然势垒层的极化电场得到抑制，但光生电子需要隧穿通过高Al组分的AlGaN插入层，导致光电流响应信号也只有在5 K的超低温下才能被观测到。因此，如何提升AlGaN基量子阱红外探测器在中（远）红外波段的光电流响应信号强度，实现其在较高温度制冷甚至无制冷环境中工作是目前急需解决的难题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种含极化调控层的AlGaN基量子阱红外探测器，是在传统的AlGaN基量子阱结构的量子势阱层和量子势垒层之间插入一层稍高Al组分的极化调控层，该探测器可以实现光生电子在激发态能级上的无阻碍迁移，不仅解决了目前工作于中（远）红外波段的AlGaN基量子阱红外探测器光电流响应信号弱的问题，而且为发展实用化单芯片集成紫外-红外双波段探测器件奠定基础。

本实用新型的技术方案如下：

含极化调控层的AlGaN基量子阱红外探测器，其特征在于，按照材料结构自下至上依次包括：衬底、缓冲层、成核层、下电极接触层、功能层和上电极接触层。

所述衬底可以为Al₂O₃、GaN、AlN、Si等材料中的任意一种，用于探测器材料结构生长。

所述缓冲层、成核层、下电极接触层、功能层和上电极接触层所选材料均为AlGaN，Al组分任意可调。

所述缓冲层的厚度为0.01 µm至10 µm，所述成核层的厚度为0.01 µm至0.5 µm，用于提高生长材料（即下电极接触层、功能层以及上电极接触层）的质量。

所述下电极接触层的n型掺杂浓度在1×10¹⁷ cm^-3至5×10¹⁹ cm^-3之间，厚度为0.1 µm至2 µm，用于制作下欧姆接触电极。