CN203760501U - GaN基等离子激元探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种GaN基等离子激元探测器,涉及半导体器件领域。自下至上包括衬底、AlN缓冲层、GaN层和AlGaN层,AlGaN层上方左侧和右侧为源端和漏端欧姆接触金属层,源端和漏端欧姆接触金属层与AlGaN和GaN层接触,且在AlGaN和GaN层上的厚度相等且大于AlGaN层厚度;中间为石墨烯层,包括第一、第二石墨烯层和石墨烯周期型栅肖特基接触层,且与AlGaN层和GaN层接触,第一与第二石墨烯层相连且呈T形,第二石墨烯层与石墨烯周期型栅肖特基接触层相连;第一石墨烯层上设有欧姆接触电极。本实用新型采用石墨烯周期型栅结构,与金属栅相比,增加了太赫兹波透过率和太赫兹波与二维电子气的耦合效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件技术领域。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.3-3THz范围内的电磁波,其中 1THz=1000GHz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置,THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。
要实现对太赫兹波的利用,需要有相应的太赫兹波检测手段。目前可以实现太赫兹探测的技术主要有:1、基于等离子激元的太赫兹探测器;2、基于肖特基二极管的探测器;3、基于热电辐射计的太赫兹探测器;4、基于多量子阱的太赫兹探测器。其中基于肖特基二极管的探测技术,一般需要本振链路,接收系统比较复杂。基于热电辐射计和多量子阱技术的太赫兹探测器,需要低温冷却装置。基于等离子激元的太赫兹探测器,可以将待测太赫兹波的能量直接转换为直流信号,并且响应速度快,且室温工作,是目前非常有前途的一种太赫兹探测技术。主要基于氮化镓(GaN)材料和砷化镓(GaAs)材料,由于前者二维电子气浓度更高,主要研究的还是基于GaN的等离子激元探测器。目前等离子激元探测器主要有单栅长结构和周期光栅型栅结构。基于周期光栅型栅结构的探测器,由于周期光栅型栅可以提高太赫兹波与探测器的耦合效率,并且其对二维电子气的调制能力更强,因此周期光栅型栅的等离子激元探测器研究的越来越多,但是周期光栅型栅由于栅部分全是金属,周期光栅型栅金属减少了太赫兹波的实际照射面积,也就减少了太赫兹波与二维电子气的耦合效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种GaN基等离子激元探测器,该探测器采用周期型栅结构,周期型栅采用石墨烯,而不是传统的金属, 与金属栅相比,增加了太赫兹波的透过率,即增加了太赫兹波与二维电子气的耦合效率。
为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案是:自下至上包括衬底、AlN缓冲层、GaN层和AlGaN层,AlGaN层面积小于GaN层面积,在AlGaN层上方左侧为源端欧姆接触金属层,AlGaN层上方右侧为漏端欧姆接触金属层,源端欧姆接触金属层和漏端欧姆接触金属层均与AlGaN层和GaN层相接触,源端欧姆接触金属层和漏端欧姆接触金属层在AlGaN层和GaN层上的厚度相等且大于AlGaN层的厚度;AlGaN层上方中间为石墨烯层,石墨烯层包括第一石墨烯层、第二石墨烯层和石墨烯周期型栅肖特基接触层,第一石墨烯层与第二石墨烯层相连且呈T形分布,第二石墨烯层与石墨烯周期型栅肖特基接触层相连,石墨烯周期型栅肖特基接触层由平行且均匀分布的10-100个条形石墨烯构成,石墨烯层与AlGaN层和GaN层相接触;第一石墨烯层上设有欧姆接触电极。
优选的,衬底为蓝宝石、Si、SiC或者GaN。
优选的,源端欧姆接触金属层自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
优选的,漏端欧姆接触金属层自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
优选的,欧姆接触电极采用金属材料制成,金属材料自下至上依次为Ti、Au。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(1)本实用新型离子激元探测器采用周期型栅结构,周期型栅采用石墨烯,而不是传统的金属,与金属栅相比,减弱了金属对太赫兹波的衰减,增加了太赫兹波的透过率,即增加了太赫兹波与二维电子气的耦合效率;
(2)本实用新型离子激元探测器,可以实现对太赫兹波的直接、快速和灵敏检测,可应用于太赫兹成像,通信等领域,且太赫兹探测市场广阔,具有非常大的应用前景;
(3)本实用新型离子激元探测器成本低廉,制作工艺简单。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明;
图1是本实用新型的俯视图;
图2是图1的A-A断面图;
图中,1、源端欧姆接触金属层;2、AlGaN层;3、第一石墨烯层;4、欧姆接触电极;5、第二石墨烯层;6、漏端欧姆接触金属层;7、石墨烯周期型栅肖特基接触层;8、GaN层;9、AlN缓冲层;10、衬底。
具体实施方式
一种GaN基等离子激元探测器,见图1和图2所示,自下至上包括衬底10、AlN(氮化铝)缓冲层9、GaN(氮化镓)层8和AlGaN(氮化铝镓)层2,AlGaN层2面积小于GaN层8面积,在AlGaN层2上方左侧为源端欧姆接触金属层1,AlGaN层2上方右侧为漏端欧姆接触金属层6,源端欧姆接触金属层1和漏端欧姆接触金属层6均与AlGaN层2和GaN层8相接触,源端欧姆接触金属层1和漏端欧姆接触金属层6在AlGaN层2和GaN层8上的厚度相等且大于AlGaN层2的厚度;AlGaN层2上方中间为石墨烯层,石墨烯层包括第一石墨烯层3、第二石墨烯层5和石墨烯周期型栅肖特基接触层7,第一石墨烯层3与第二石墨烯层5相连且呈T形分布,第二石墨烯层5与石墨烯周期型栅肖特基接触层7相连,石墨烯周期型栅肖特基接触层7由平行且均匀分布的10-100个条形石墨烯构成,石墨烯层与AlGaN层2和GaN层8相接触;第一石墨烯层3上设有欧姆接触电极4。
衬底10为蓝宝石、Si、SiC或者GaN。
源端欧姆接触金属层1自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
漏端欧姆接触金属层6自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
欧姆接触电极4采用金属材料制成,金属材料自下至上依次为Ti、Au。
衬底10处在等离子激元探测器的最下方,用以支撑整个等离子激元探测器;在衬底10上有外延生长的AlN缓冲层9,在AlN缓冲层9上有外延生长的GaN层8,在GaN层8上有外延生长的AlGaN 层2;在AlGaN 层2上方左侧为源端欧姆接触金属层1,金属层自下至上为Ti/Al/Ni/Au,在AlGaN 层2上方右侧为漏端欧姆接触金属层6,金属层自下至上为Ti/Al/Ni/Au,在AlGaN层2上方中间为石墨烯层,石墨烯层通过欧姆接触电极4实现馈电,欧姆接触电极4层自下至上可以为金属钛、金。
本等离子激元可通过以下半导体工艺实现。第一步,台面刻蚀,台面区域为AlGaN层2,通过干法刻蚀的方法,只保留2区域的AlGaN,形成AlGaN层2和GaN层8之间的台面。第二步,制作源漏欧姆接触,如图1所示源端欧姆接触金属层1、漏端欧姆接触金属层6区域,通过蒸发金属,金属层自下至上为Ti/Al/Ni/Au,通过合金,金属与AlGaN 层2形成欧姆接触。第三部,制作石墨烯层,通过衬底转移的方式将石墨烯附着在AlGaN层2和GaN层8上,通过光刻和干法刻蚀,只保留图1中第一石墨烯层3、第二石墨烯层5和石墨烯周期型栅肖特基接触层7区域的石墨烯。第四步,在第一石墨烯层3上制作欧姆接触电极4,实现馈电。
用作探测器时,源端欧姆接触金属层1接地,在欧姆接触电极4层上加栅电压,用以调节AlGaN 层2层中的二维电子气,一般栅电压为器件跨导最大处对应的电压值,在漏端欧姆接触金属层6处检测由于太赫兹波照射而产生的直流信号。该探测器可以实现对太赫兹入射功率的探测。
目前的周期型栅结构等离子激元探测器的栅部分全是金属,减少了太赫兹波的实际照射面积,也就减少了太赫兹波与二维电子气的耦合效率,本实用新型离子激元探测器周期型栅采用石墨烯,与金属栅相比,减弱了金属对太赫兹波的衰减,增加了太赫兹波的透过率,即增加了太赫兹波与二维电子气的耦合效率;同时,本实用新型离子激元探测器,成本低廉,制作工艺简单,可以实现对太赫兹波的直接、快速和灵敏检测,可应用于太赫兹成像,通信等领域,具有非常大的应用前景。
Claims (5)
1.一种GaN基等离子激元探测器,其特征在于自下至上包括衬底(10)、AlN缓冲层(9)、GaN层(8)和AlGaN层(2),AlGaN层(2)面积小于GaN层(8)面积,在AlGaN层(2)上方左侧为源端欧姆接触金属层(1),AlGaN层(2)上方右侧为漏端欧姆接触金属层(6),所述源端欧姆接触金属层(1)和漏端欧姆接触金属层(6)均与AlGaN层(2)和GaN层(8)相接触,源端欧姆接触金属层(1)和漏端欧姆接触金属层(6)在AlGaN层(2)和GaN层(8)上的厚度相等且大于AlGaN层(2)的厚度;AlGaN层(2)上方中间为石墨烯层,所述石墨烯层包括第一石墨烯层(3)、第二石墨烯层(5)和石墨烯周期型栅肖特基接触层(7),所述第一石墨烯层(3)与第二石墨烯层(5)相连且呈T形分布,第二石墨烯层(5)与石墨烯周期型栅肖特基接触层(7)相连,所述石墨烯周期型栅肖特基接触层(7)由平行且均匀分布的10-100个条形石墨烯构成,所述石墨烯层与AlGaN层(2)和GaN层(8)相接触;所述第一石墨烯层(3)上设有欧姆接触电极(4)。
2.根据权利要求1所述的GaN基等离子激元探测器,其特征在于所述衬底(10)为蓝宝石、Si、SiC或者GaN。
3.根据权利要求1所述的GaN基等离子激元探测器,其特征在于所述源端欧姆接触金属层(1)自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
4.根据权利要求1所述的GaN基等离子激元探测器,其特征在于所述漏端欧姆接触金属层(6)自下至上依次为Ti、Al、Ni、Au。
5.根据权利要求1所述的GaN基等离子激元探测器,其特征在于所述欧姆接触电极(4)采用金属材料制成,金属材料自下至上依次为Ti、Au。
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