[发明专利]结合嵌入电极与钝化层结构的InGaN/GaN多量子阱蓝光探测器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种结合嵌入电极与钝化层结构的InGaN/GaN多量子阱蓝光探测器及其制备方法与应用；所述探测器由下至上依次包括：Si衬底、AlN/AlGaN/GaN缓冲层、u‑GaN/AlN/u‑GaN/SiN_x/u‑GaN缓冲层、n‑GaN缓冲层、InGaN/GaN超晶格层、InGaN/GaN多量子阱层；多量子阱层具有凹槽结构，多量子阱层的台面及凹槽有Si₃N₄钝化层，所述钝化层的凹槽内有第一金属层电极，其截面为半圆形，所述钝化层的台面有第二金属层电极。此制备方法工艺简单、省时高效。本发明将钝化层与嵌入电极结构结合使用可大幅提升器件性能，器件具有外量子效率高、响应度高、暗电流低等优点。

技术领域

本发明属于可见光探测器领域，具体涉及结合嵌入电极与钝化层结构的InGaN/GaN多量子阱(MQW)蓝光探测器及其制备方法与应用。

背景技术

III族氮化物半导体材料拥有优良的光学、电学、热学、化学、机械性能，因此，Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件得到了国内外科研人员的广泛关注和重点研究。

作为第三代半导体材料研究热点之一的InGaN材料拥有良好的物理化学性质。它的电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好。可以通过调整合金中In的组分，实现禁带宽度从3.4eV到0.7eV的连续调节，从而使得InGaN光电探测器能够实现覆盖整个可见光波段的连续探测，相比光电倍增管，InGaN探测器具有体积小、易携带、易集成、击穿电场高(1MV/cm)、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势。

虽然InGaN基探测器研究已广泛开展，但是到目前为止还没有实现商品转化。高In组分InGaN材料生长易出现相分离问题，同时与衬底存在较大晶格失配易产生缺陷与裂纹，制备的器件会由于InGaN材料表面态等问题，存在较大的暗电流，同时缺陷影响器件响应度等性能。因此制约InGaN探测器发展和应用的根本问题是材料质量问题，关键问题是器件优化问题。

有研究人员采用InGaN/GaN多量子阱材料制备的蓝光探测器，响应时间为300ms，暗电流为10^-7A，缺陷密度为10⁶cm^-3,在5V电压下，峰值响应度达到0.35A/W。但由于材料表面存在悬挂键，器件暗电流仍较高。同时缺陷密度和响应度仍不能满足需求。

为了解决以上不足，本发明通过多层缓冲层技术降低材料缺陷，设计量子阱结构抑制InGaN材料相分离，实现薄膜高质量生长，同时结合嵌入电极与钝化层结构，从降低暗电流，增强光照强度等角度优化了器件性能，实现高性能器件。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供结合嵌入电极与钝化层结构InGaN/GaN多量子阱(MQW)可见光探测器的制备方法，所述方法具有生长InGaN/GaN多量子阱薄膜质量好，器件的外量子效率高，响应速度快和带宽高等优点。

由于InGaN材料与衬底晶格失配较大，易产生缺陷，同时生长过程中易发生相分离，采用多层缓冲层结构可降低晶格失配带来的材料缺陷与裂纹，而采用InGaN/GaN多量子阱结构可以释放应力，抑制相分离可以提高功能层质量。结合嵌入电极与钝化层结构实现器件优化，采用Si₃N₄钝化层降低InGaN表面漏电流，同时结合嵌入阳极电极结构，改善垂直电场分布，提升电极对光生载流子的收集能力。将两结构相结合，一方面，制备嵌入阳极电极需要刻蚀，会产生表面损伤，通过钝化层能有效降低表面损伤带来的表面漏电流，另一方面，在凹槽中制备钝化层，可以实现光的多次反射，直接增强InGaN材料的光照强度，增加光生载流子数目，获得高性能蓝光探测器。

本发明的目的通过以下技术方案实现。