CN114267747B - 具有金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备方法。所述的探测器结构为以下两种：第一种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上为金属层；或者，第二种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层，第二绝缘层的上表面为金属层。本发明的暗电流量级为10^‑15，低暗电流可以降低探测器的功耗，提高灵敏度，从而大大增强对信号的识别能力，并且工艺简单可靠，可重复性强，生产成本低，适于产业推广，可应用于紫外探测领域。

Description

具有金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备 方法

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构及其制备方法。

背景技术

由于平流层中臭氧可以完全吸收200～280nm的日盲波段，导致太阳辐射中的深紫外光无法到达地球表面，因此日盲紫外光电探测器在使用时不存在太阳辐射的干扰源，可以实现较高的信噪比和较低的误报率，可用于弱信号的检测，包括臭氧检测、火焰检测和导弹跟踪等。氧化镓材料(Ga₂O₃)作为一种典型的第三代宽禁带半导体材料，具有天然的日盲特性(禁带宽度高达4.9eV)，可定向检测日盲波段的紫外光且不受太阳光背景辐射的影响，透光率高，热稳定好，是日盲紫外探测器的理想材料。目前，报道中Ga₂O₃基日盲紫外光电探测器的应用材料多为薄膜型，但Ga₂O₃薄膜中深能级缺陷密度较高，会引起较高的暗电流，并且载流子在Ga₂O₃薄膜中的迁移率较低，导致探测器的光电转换效率、响应速率和外量子效率等性能较低。为改善器件性能，研究人员进行了系列探究，比如专利号为CN111312852B的中国专利公开了一种氧化镓半导体结构探测器及制备方法，该专利通过将氧化镓单晶晶片与绝缘体上硅中的顶层硅键合，成功转移氧化镓薄膜，且通过将顶层硅氧化，有效地解决了漏电问题。此外，专利号为CN111863981A的中国专利公开了一种氧化镓日盲光电探测器及其制造方法，该专利通过将氧化镓吸收层设置为3D S形循环结构以及3D S形插指电极，使电场分布更加均匀，电极收集光生载流子的能力更强。以上所提及的专利都在一定程度上提高了基于氧化镓半导体结构制备的器件性能，但仍然没有同时解决Ga₂O₃基日盲光电探测器中载流子传输效率低以及暗电流高的问题。

发明内容

本发明的目的为针对当前日盲紫外光电探测器存在的技术不足，提供一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法。本发明通过将日盲紫外光电探测器中原有的光吸收单层设计为吸收层、势垒层和沟道层结构，即将吸收边匹配日盲深紫外波段的Ga₂O₃吸收层和高电子迁移速率晶体管结构相结合，并且在吸收层上设置图形化的金属层，利用金属半导体接触形成的电场将载流子输运到高迁移率沟道处，金属栅与势垒层形成的耗尽区来抑制暗电流，并利用沟道的较高迁移率提高器件中的光电流，在实现日盲紫外光探测的同时增强了探测器的响应度。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，所述的探测器结构为以下两种：

第一种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上为金属层；

或者，第二种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层，第二绝缘层的上表面为金属层；

所述的第一种或第二种日盲紫外探测器中，势垒层的中部开有凹槽，凹槽内的下部为金属栅，金属栅上覆盖有第一绝缘层；

吸收层两侧的势垒层部分暴露的上表面分别设置有阴极电极和阳极电极；

所述的第一种日盲紫外探测器中，金属层为图形化的金属层；图形化的金属层部分投影面积为吸收层的上表面面积的40％～80％；

所述的第二种中的第二绝缘层为图形化的绝缘层；图形化的第二绝缘层的投影面积为吸收层的上表面面积的40％～80％；

所述的势垒层中凹槽的投影面积为势垒层表面积的5％～30％；

所述的图形化的金属层和第二绝缘层的图形优选为条形、矩形、圆形、圆环形或矩阵分布。

所述的吸收层的投影面积为势垒层上表面面积的40％～80％；

所述的金属层的厚度为0.1nm～20nm；图形化的金属层的图形可以为任意结构及尺寸的图形。

所述的第二绝缘层厚度为0.005μm～0.5μm。

所述的衬底的材质具体为硅片、蓝宝石或金刚石；

所述的缓冲层的材质具体为ZnO、AlN或Al₂O₃；

所述的沟道层的材质为未进行掺杂的GaN，其厚度为0.1μm～10μm；

所述的势垒层的材质为未进行掺杂的AlGaN，Al组分的范围为0.1～0.6，其厚度为0.01μm～0.5μm；

所述的金属栅的材质为Ni、Au、Ag、Pt、Cu、Ti、Pd，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的第一绝缘层的材质为Si₃N₄、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、Ta₂O₅、AlN、LiF，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的吸收层的材质为未进行掺杂的Ga₂O₃，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的阴极电极、阳极电极与金属层的材质相同或不同，均为Au、Ag、Ni、ITO、Ni/Au、Ti/Au或Pt/Au。

所述的第二绝缘层的材质为非掺杂的SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、HfO₂、Ta₂O₅、AlN、LiF、金刚石或PMMA。

所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：

第一种为：

1)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在衬底表面上依次外延生长缓冲层、沟道层和势垒层，得到探测器的外延层结构；

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层中间进行刻蚀，在势垒层中部刻蚀出凹槽；

3)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，对步骤2)中的凹槽内蒸镀金属栅；

4)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，光刻和干法刻蚀制作出覆盖在金属栅上的第一绝缘层；

5)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在势垒层和第一绝缘层上生长吸收层；

6)通过光刻和干法刻蚀工艺对吸收层进行刻蚀至暴露出部分势垒层的上表面，实现台面的制备；

7)利用光刻技术和金属蒸镀工艺，制作出阴极电极、阳极电极和金属层。

当为图形化的金属层，还包括步骤8)，利用光刻技术，将金属层图形化；

或者，第二种为

1)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在衬底表面上依次外延生长缓冲层、沟道层和势垒层，得到探测器的外延层结构；

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层中间进行刻蚀，在势垒层中部刻蚀出凹槽；

3)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，对步骤2)中的凹槽蒸镀金属栅；

4)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，光刻和干法刻蚀制作出覆盖在金属栅上的第一绝缘层；

5)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在势垒层和第一绝缘层上生长吸收层；

6)通过光刻和干法刻蚀工艺，对吸收层进行刻蚀至暴露出部分势垒层的上表面，实现台面的制备；

7)通过沉积、蒸镀或溅射等薄膜外延生长技术，在暴露出的势垒层和吸收层上外延生长第二绝缘层；

8)通过湿法刻蚀技术在吸收层上制作出第二绝缘层，第二绝缘层覆盖于吸收层的上表面和侧壁；

9)利用光刻技术和金属蒸镀工艺制作出阴极电极、阳极电极和金属层。

当为图形化的第二绝缘层时，步骤8)之后，还包括，利用光刻技术，将第二绝缘层图形化；

本发明的实质性特点为：

本发明将可以进行日盲探测的Ga₂O₃材料和具有金属栅的高电子迁移率沟道结合，Ga₂O₃材料上生长了金属层，利用金属与半导体接触产生的电场将Ga₂O₃吸收层中的光生载流子分离，AlGaN/GaN界面的二维电子气沟道输运光生电子，弥补了Ga₂O₃材料本身迁移率低的缺点；AlGaN材料嵌入金属栅和绝缘层，嵌入的金属栅可以将二维电子气沟道夹断，达到抑制暗电流的目的。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器是将传统探测器中的光吸收单层巧妙分为光吸收层、势垒层和沟道层结构，利用Ga₂O₃材料做吸收层可直接探测日盲紫外波段；利用金属栅与势垒层形成的耗尽区来抑制暗电流，利用金属与吸收层界面处的电场以及势垒层和沟道层界面处的极化电荷将吸收层中的光生载流子推入高迁移率沟道中，使载流子在迁移率较高的沟道中输运，可提高了器件中的光电流，提升使日盲紫外探测器的响应度。

载流子的传输效率与传输层材料本身的迁移率有关，现有技术所用的传输材料均为Ga₂O₃，迁移率约为300cm²/Vs，而本发明中利用二维电子气沟道进行传输，迁移率高达2000cm²/Vs，这样可以提高电子的传输速率，增强光电流，从而提升了探测器的响应度；

当前技术中，单层Ga₂O₃的光电探测器，其暗电流的量级接近10^-4A，本发明的暗电流量级为10^-15A。低暗电流可以降低探测器的功耗，提高灵敏度，从而大大增强对光信号的识别能力。

本发明工艺简单可靠，可重复性强，生产成本低，适于产业推广，可应用于日盲紫外探测领域。

附图说明：

图1为现有技术中的标准的MSM型Ga₂O₃日盲紫外探测器结构示意图。

图2为实施例1中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构示意图。

图3为实施例3中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构示意图。

图4为实施例1中，在衬底表面上通过外延技术制作出缓冲层、沟道层、势垒层。

图5为实施例1中制品在外延生长完势垒层之后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作出凹槽。

图6为实施例1中制品在凹槽中蒸镀金属栅后的结构图。

图7为实施例1中制品上通过外延技术生长第一绝缘层并通过光刻和干法刻蚀得到与金属栅一样的形状。

图8为实施例1中制品上通过外延技术生长吸收层。

图9为实施例1中制品在外延生长完吸收层之后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作出具备图2或图3所示日盲紫外探测器台面的外延片结构示意图。

图10为实施例1中制品在吸收层上外延生长第二绝缘层，并通过光刻和湿法刻蚀技术得出具备图3所示绝缘层的外延片结构示意图。

图11为实施例2中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的结构示意图。

图12为实施例4中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的结构示意图。

图13为具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器与标准Ga₂O₃日盲紫外探测器的光、暗电流对比图，其中，图13(a)为实施例1中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器与标准Ga₂O₃日盲紫外探测器的暗电流对比图；图13(b)为实施例1中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器与标准Ga₂O₃日盲紫外探测器的光电流对比图。

其中，101.衬底，102.缓冲层，103.沟道层，104.势垒层，105.金属栅，106.第一绝缘层，107.吸收层，108.图形化的金属层，109.阴极电极，110.阳极电极，111.第二绝缘层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

所涉及的制备方法中包括光刻、刻蚀、金属蒸镀等都是常见的操作工艺，其所涉及的原材料均可通过一般性途径获得。

图1为当前技术中标准的MSM型Ga₂O₃日盲紫外探测器的结构图。该器件的组成从下到上依次为衬底101、缓冲层102、吸收层107、阴极电极109和阳极电极111。其中吸收层107的材料为Ga₂O₃，其宽禁带对应日盲波段，但当前技术制备的Ga₂O₃薄膜深能级缺陷较高且Ga₂O₃的迁移率很低，导致当前技术制备的探测器暗电流大且传输效率低。

实施例1

本实施例所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法可参见图2、图4、图5、图6、图7、图8和图9：

图2所示实施例表明，本发明具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，所述的器件为左右对称，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、势垒层104的中部开有凹槽，凹槽内的下部为金属栅105，金属栅105上覆盖有第一绝缘层106，势垒层104中部和第一绝缘层106上覆盖有吸收层107，吸收层107上为金属层108。

图4所示结构表明，本实施例中，在衬底101上通过外延技术制作出Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103和势垒层104。

图5所示结构表明，本实施例中，在外延生长完势垒层104后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作凹槽。

图6所示结构表明，本实施例中，在得到的凹槽中蒸镀金属栅，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104和金属栅105。

图7所示结构表明，本实施例中，在势垒层104上外延生长一层绝缘层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺得到与金属栅一样形状的绝缘层，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105和第一绝缘层106。

图8所示结构表明，本实施例中，在图7得到的结构上外延生长吸收层107，制作出日盲紫外探测器的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105、第一绝缘层106和吸收层107。

图9所示结构表明，本实施例中，在外延生长完吸收层107后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作日盲紫外探测器台面的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105、第一绝缘层106和吸收层107。

所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器中的衬底101使用蓝宝石；缓冲层102的材料为AlN；阴极电极109和阳极电极110的材质均为Ni/Au；图形化的金属层108的材质为金属Ni；

所述的沟道层103的材料未进行掺杂的GaN，其厚度为5μm；势垒层104的材料为未进行掺杂的Al_0.1Ga_0.9N，其厚度为0.1μm；金属栅105的材质为Ni，其厚度为0.04μm；第一绝缘层106的材质为Si₃N₄，其厚度为0.04μm；吸收层107的材质为未进行掺杂的Ga₂O₃，其厚度为0.4μm；势垒层104的暴露面积(即吸收层未覆盖面积)为势垒层104上表面面积的20％；图形化的金属层107的厚度为0.01μm，图形化的金属层107的图形为条形。

上述具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构，其制备方法如下：

1)在MOCVD反应炉中，在衬底101表面上外延生长缓冲层102，生长温度为1050℃，气压为50mbar，从而将位错缺陷进行过滤并使晶格失配产生的应力得到释放；继续外延生长沟道层103和势垒层104，生长温度为1050℃，气压为50mbar；(该过程参见图4)

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层104进行刻蚀得到凹槽；(该过程参见图5)

3)利用e-beam蒸镀工艺在步骤2)的凹槽中先蒸镀金属栅105；(该过程参见图6)

4)在MOCVD反应炉中，在金属栅105表面上外延生长第一绝缘层106，其中第一绝缘层106和势垒层104的表面平齐或低于势垒层104上表面的高度，生长温度为1050℃，气压为50mbar，通过光刻和干法刻蚀工艺对第一绝缘层106进行刻蚀；(该过程参见图7)

5)在ALD反应炉中外延生长吸收层107，生长温度为250℃；(该过程参见图8)

6)通过光刻和干法刻蚀工艺对吸收层107进行刻蚀至暴露出部分势垒层104的上表面，制作成日盲紫外探测器的台面；(该过程参见图9)

7)利用光刻技术和e-beam蒸镀工艺，在暴露的势垒层104表面左右两侧分别制作出阴极电极109、阳极电极110；在吸收层107的上表面制作出图形化的金属层108。(该最后结构参见图2)。

由此制得本发明的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构。根据图13(a)和图13(b)所示，本实施例中由于金属栅结构的使用，与标准MSM型Ga₂O₃日盲紫外探测器相比，实线所代表的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的暗电流显著降低，说明在无光照条件下，金属栅对二维电子气沟道起到了很好的“夹断”作用；同时，Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的光电流与标准Ga₂O₃日盲紫外探测器的光电流很接近，因此，Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的光暗抑制比大幅提升。

实施例2

本实施例中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备步骤同实施例1，与实施例1不同之处在于本实施例改变了图形化金属层108的图形和材质(该实施例参见图11)：

所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器中图形化的金属层108完全覆盖于吸收层107之上，其图形与吸收层107完全一致，并与阴极电极109相连，材质为金属ITO，厚度为0.005μm。

对金属层做图形化处理后可以增加吸收区的吸光面积，增加光电流；金属层108与阴极电极109相连可以增大金半接触耗尽区的深度，有利于光生电子进入二维电子气沟道。

实施例3

本实施例所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法可参见图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10：

图3所示实施例表明，本发明具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，所述的器件为左右对称，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104，势垒层104的中部开有凹槽，凹槽内的下部为金属栅105，金属栅105上覆盖有第一绝缘层106，势垒层104和第一绝缘层106的中部上覆盖有吸收层107，吸收层107上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层111，第二绝缘层111的上表面为金属层108。

图4所示结构表明，本实施例中，在衬底101上通过外延技术制作出Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103和势垒层104。

图5所示结构表明，本实施例中，在外延生长完势垒层104后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作凹槽。

图6所示结构表明，本实施例中，在得到的凹槽中蒸镀金属栅，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104和金属栅105。

图7所示结构表明，本实施例中，在势垒层104上外延生长一层绝缘层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺得到与金属栅一样形状的绝缘层，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105和第一绝缘层106。

图8所示结构表明，本实施例中，在图7得到的结构上外延生长吸收层107，制作出日盲紫外探测器的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105、第一绝缘层106和吸收层107。

图9所示结构表明，本实施例中，在外延生长完吸收层107后，通过光刻和干法刻蚀工艺制作日盲紫外探测器台面的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105、第一绝缘层106和吸收层107。

图10所示结构表明，本实施例中，通过薄膜沉积和湿法刻蚀技术，在暴露出的势垒层104和吸收层107上沉积并刻蚀绝缘体材料，得到具备图形化的绝缘层图案的外延片结构示意图，其结构包括：衬底101、缓冲层102、沟道层103、势垒层104、金属栅105、第一绝缘层106、吸收层107和第二绝缘层111。

所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器中的衬底101使用蓝宝石；缓冲层102的材料为AlN；阴极电极109和阳极电极110的材质均为Ni/Au；图形化的金属层108的材质为金属Ni；

所述的沟道层103的材料未进行掺杂的GaN，其厚度为5μm；势垒层104的材料为未进行掺杂的Al_0.1Ga_0.9N，其厚度为0.1μm；金属栅105的材质为Ni，其厚度为0.04μm；第一绝缘层106的材质为Al₂O₃，其厚度为0.04μm；吸收层107的材质为未进行掺杂的Ga₂O₃，其厚度为0.4μm；势垒层104的暴露面积(即吸收层未覆盖面积)为势垒层104上表面面积的20％；图形化的金属层107的厚度为0.01μm，图形化的金属层107的图形为条形。

所述的图形化的第二绝缘层111的材质为SiO₂；图形化的第二绝缘层111的一部分完全覆盖于吸收层107的侧壁，另一部图形化的第二绝缘层111覆盖于吸收层107的上表面，图形化的第二绝缘层111的厚度为0.05μm；图形化的金属层108覆盖于图形化的第二绝缘层111之上，其厚度为0.01μm。

上述具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构，其制备方法如下：

1)在MOCVD反应炉中，在衬底101表面上外延生长缓冲层102，生长温度为1050℃，气压为50mbar，从而将位错缺陷进行过滤并使晶格失配产生的应力得到释放；继续外延生长沟道层103和势垒层104，生长温度为1050℃，气压为50mbar；(该过程参见图4)

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层104进行刻蚀得到凹槽；(该过程参见图5)

3)利用e-beam蒸镀工艺在步骤2)的凹槽中先蒸镀金属栅105；(该过程参见图6)

4)在MOCVD反应炉中，在金属栅105表面上外延生长第一绝缘层106，其中第一绝缘层106和势垒层104的表面接近平齐，生长温度为1050℃，气压为50mbar，通过光刻和干法刻蚀工艺对第一绝缘层106进行刻蚀；(该过程参见图7)

5)在ALD反应炉中外延生长吸收层107，生长温度为250℃；(该过程参见图8)

6)通过光刻和干法刻蚀工艺对吸收层107进行刻蚀至暴露出部分势垒层104的上表面，制作成日盲紫外探测器的台面；(该过程参见图9)

7)在ALD反应炉中，在暴露出的势垒层104和吸收层107上沉积SiO₂绝缘层，通过湿法刻蚀技术在吸收层107上制作出图形化的第二绝缘层111，其中一部分图形化的第二绝缘层111覆盖于吸收层107的上表面，另一部分图形化的第二绝缘层111完全覆盖于吸收层107的侧壁。(该过程参见图10)

8)利用光刻技术和e-beam蒸镀工艺，在暴露的势垒层104表面左右两侧分别制作出阴极电极109、阳极电极110；在图形化的第二绝缘层上表面制作出图形化的金属层108。(该最后结构参见图3)。

实施例4

本实施例中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备步骤同实施例3，与实施例3不同之处在于本实施例改变了图形化金属层108和图形第二化绝缘层111的图形和材质(该实施例参见图12)：

所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器中图形化的第二绝缘层111一部分覆盖于吸收层107的侧壁；另一部分图形化的第二绝缘层111完全覆盖于吸收层107的上表面，其图形与吸收层107完全一致；图形化的第二绝缘层111的材质是Si₃N₄，厚度为0.01μm；

所述的图形化的金属层108完全覆盖于图形化的第二绝缘层111之上，并与阴极电极109相连，材质为金属ITO，厚度为0.005μm。

上述各实施例中具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器均可实现，并且对探测器光暗电流产生一定的影响。此外，具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的作用效果会受到探测器中沟道层、势垒层、金属栅、第一绝缘层、第二绝缘层和图形化的金属层的材料和尺寸变化的影响，因此需要依据不同的器件结构、工艺方法做适当的优化，从而使具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的起到最佳效果。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (9)

1.一种具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的探测器结构为以下两种：

第一种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上为金属层；

或者，第二种，由下至上依次包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；势垒层中部上覆盖有吸收层；吸收层上表面和侧面均覆盖有第二绝缘层；第二绝缘层的上表面为金属层；

所述的第一种或第二种日盲紫外探测器中，势垒层的中部开有凹槽，凹槽内的下部为金属栅，金属栅上覆盖有第一绝缘层；

吸收层两侧的势垒层部分暴露的上表面分别设置有阴极电极和阳极电极。

2.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的第一种日盲紫外探测器中，金属层为图形化的金属层；图形化的金属层部分投影面积为吸收层的上表面面积的40％～80％。

3.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的第二种中的第二绝缘层为图形化的绝缘层；图形化的第二绝缘层的投影面积为吸收层的上表面面积的40％～80％。

4.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的图形化的金属层和第二绝缘层中的图形优选为条形、矩形、圆形、圆环形或矩阵分布。

5.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述吸收层的投影面积为势垒层上表面面积的40％～80％；所述的势垒层中凹槽的投影面积为势垒层表面积的5％～30％。

6.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的金属层的厚度为0.1nm～20nm；

所述的第二绝缘层厚度为0.005μm～0.5μm。

7.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器，其特征为所述的衬底的材质具体为硅片、蓝宝石或金刚石；

所述的缓冲层的材质具体为ZnO、AlN或Al₂O₃；

所述的沟道层的材质为未进行掺杂的GaN，其厚度为0.1μm～10μm；

所述的势垒层的材质为未进行掺杂的AlGaN，Al组分的范围为0.1～0.6，其厚度为0.01μm～0.5μm；

所述的金属栅的材质为Ni、Au、Ag、Pt、Cu、Ti、Pd，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的第一绝缘层的材质为Si₃N₄、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、Ta₂O₅、AlN、LiF，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的吸收层的材质为未进行掺杂的Ga₂O₃，其厚度为0.005μm～0.5μm；

所述的阴极电极、阳极电极与金属层的材质相同或不同，均为Au、Ag、Ni、ITO、Ni/Au、Ti/Au或Pt/Au；

所述的第二绝缘层的材质为非掺杂的SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、HfO₂、Ta₂O₅、AlN、LiF、金刚石或PMMA。

8.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法，其特征为包括如下步骤：

第一种为：

1)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在衬底表面上依次外延生长缓冲层、沟道层和势垒层，得到探测器的外延层结构；

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层中间进行刻蚀，在势垒层中部刻蚀出凹槽；

3)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在步骤2)中的凹槽内蒸镀金属栅；

4)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术、光刻和干法刻蚀制作出覆盖在金属栅上的第一绝缘层；

5)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在势垒层和第一绝缘层上生长吸收层；

6)通过光刻和干法刻蚀工艺对吸收层进行刻蚀至暴露出部分势垒层的上表面，实现台面的制备；

7)利用光刻技术和金属蒸镀工艺，制作出阴极电极、阳极电极和金属层；

或者，第二种为

1)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在衬底表面上依次外延生长缓冲层、沟道层和势垒层，得到探测器的外延层结构；

2)通过光刻和干法刻蚀工艺对势垒层中间进行刻蚀，在势垒层中部刻蚀出凹槽；

3)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在步骤2)中的凹槽蒸镀金属栅；

4)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术、光刻和干法刻蚀制作出覆盖在金属栅上的第一绝缘层；

5)通过沉积、蒸镀或溅射的薄膜外延生长技术，在势垒层和第一绝缘层上生长吸收层；

6)通过光刻和干法刻蚀工艺，对吸收层进行刻蚀至暴露出部分势垒层的上表面，实现台面的制备；

7)通过沉积、蒸镀或溅射等薄膜外延生长技术，在暴露出的势垒层和吸收层上外延生长第二绝缘层；

8)通过湿法刻蚀技术在吸收层上制作出第二绝缘层，第二绝缘层覆盖于吸收层的上表面和侧壁；

9)利用光刻技术和金属蒸镀工艺制作出阴极电极、阳极电极和金属层。

9.如权利要求1所述的具有金属栅结构的Ga₂O₃/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的制备方法，其特征为第一种中，当为图形化的金属层，还包括步骤8)，利用光刻技术，将金属层图形化；第二种中，当为图形化的第二绝缘层时，步骤8)之后，还包括，利用光刻技术，将第二绝缘层图形化。

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