[发明专利]一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法

说明书

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，更具体地，涉及一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法。包括下述步骤：首先提供具有低铝组分AlGaN/GaN的异质结材料，采用光刻显影技术及湿法腐蚀在栅极区域沉积一层掩膜层，利用选择区域外延技术生长接入区的顶层高铝组分AlGaN而获得凹槽，在两端形成源极和漏极区域并覆盖金属形成源极和漏极沉积，最后在栅极区域沉积透明的p型氧化物作为栅极对作为光学窗口。接入区的高铝组分AlGaN能提升沟道载流子浓度进而提升探测器的增益，而栅极区域的低铝组分AlGaN可以降低沟道电子浓度降低暗电流。本发明工艺简单，可以很好地解决传统氮化镓基紫外探测器在增益、暗电流、及栅极吸光之间的相互制约关系，并可以与电子器件工艺兼容。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，更具体地，涉及一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法。

背景技术

紫外探测器在军事和民用方面均有很高的应用价值。军事上，紫外探测技术可用于导弹制导、导弹预警、紫外通信等领域。紫外探测技术在民用领域中，可用于紫外树脂固化、燃烧工程及紫外水净化处理中的紫外线测量、火焰探测等非常广泛的领域。因此，世界各国把紫外探测技术列为当今研究开发的重点课题。

随着宽禁带Ⅲ族氮化物半导体材料（包括GaN、AlGaN、InGaN）的研究和突破，特别是p型材料的突破，带动了各种器件的发展和应用。铝镓氮材料为直接带隙半导体，其禁带宽度在3.4eV至6.2eV间可调。因此，理论上讲，利用这种材料研制的本征型紫外探测器的截止波长可以连续地从365 nm变化到200 nm。GaN基材料还具有很高的热导率和电子饱和速度，极高的击穿电场，稳定的物理和化学特性，用它制作的紫外探测器能很好地在高温和宇航及军事等极端条件下工作。相比于硅、砷化镓等常规半导体，GaN材料有很多优势。因此，GaN已成为紫外探测领域极具吸引力的材料。

GaN基紫外光探测器目前发展出光电导型、p-n结型、p-i-n结型、肖特基势垒型和MSM型等结构。 近年，由于AlGaN/GaN或者AlGaN/AlGaN等异质结构能形成二维电子气沟道而增大器件增益，逐渐引起人们的关注。然而，高浓度的二维电子气浓度会导致大的暗电流，降低紫外/可见光拒绝比。一种改进方案是在栅极区域引入p-GaN帽层耗尽部分沟道载流子并保留接入区的沟道，从而同时提升器件的增益和拒绝比。但是，p-GaN材料同时会吸收紫外光影响器件的截止波长和增益。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法，可以有效实现低暗电流、高增益及低截止波长。本发明采用的技术方案是：利用选择区域生长技术制备叠层势垒层，接入区的高铝组分AlGaN能提升沟道载流子浓度进而提升探测器的增益，而栅极区域的低铝组分AlGaN可以降低沟道电子浓度而且可以进一步调整其生长厚度及结合p型栅极调控电子浓度以降低暗电流。通过调控栅极材料的禁带宽度可以实现对不同波长的紫外光进行探测。此外，在适当的势垒层厚度及p型栅极时，可以完全耗尽沟道电子实现阈值电压较低的常关型器件，而在光生载流子作用下可以导致阈值电压负向移动实现常开型，可以直接连接警报电路。

本发明的技术方案是：一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法，结合选择区域生长叠层势垒层及p型透明栅极材料实现高性能，具体包括以下步骤：

S1、在衬底上生长应力缓冲层；

S2、在应力缓冲层上生长GaN外延层；

S3、在GaN外延层上生长一层低铝组分AlGaN势垒层；

S4、在低铝组分AlGaN势垒层上沉积一层SiO₂掩膜层，通过光刻及湿法腐蚀的方法，只保留栅极区域的掩膜层；

S5、在接入区的低铝组分AlGaN势垒层上生长一层高铝组分AlGaN势垒层；