一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11‑22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。本发明专利技术通过在无栅的高电子迁移率晶体管的栅极区域斜向生长ZnO纳米线阵列，提高探测器的探测效率，实现对紫外光强度的实时、精准、高效检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体的
，特别涉及一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外光对生态系统和人类自身都产生了不可忽视的影响，这就需要对紫外光进行实时、准确地监测。在快速发展的信息时代，新兴的物联网技术中多节点探测对紫外探测器的需求不断增大，对器件的灵敏度和小型化也提出越来越高的要求。ZnO为具有3.37eV禁带宽度的直接带隙半导体，具有高的激子束缚能，是作为紫外探测器的优越材料。目前，应用到紫外探测器的ZnO材料有ZnO薄膜、单根ZnO纳米线、垂直结构的ZnO纳米线阵列等。现有的基于AlGaN/GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)结构的ZnO纳米线调制的紫外探测器是使ZnO纳米线垂直生长于HEMT的栅极区域。常规AlGaN/GaNHEMT器件采用外延层采用GaN极性面，ZnO晶格结构与GaN失配程度小，但不论是在栅极淀积ZnO种子层还是使ZnO在栅极区域直接生长，都只能生长垂直于栅极平面的ZnO纳米线阵列；而且极性面的AlGaN/GaN异质结界面处产生的2DEG(二维电子气)是由于GaN极化效应所产生，极性面会带来斯塔克效应，使2DEG难以耗尽，从而影响ZnO纳米线对2DEG浓度的调控，进而影响对紫外光探测的灵敏度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于斜向生长的ZnO纳米线阵列的紫外探测器，提高紫外探测器的灵敏度以及探测效率，实现对紫外光强度的实时、精准、高效检测。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11-22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。优选的，所述斜向ZnO纳米线阵列中ZnO纳米线的直径为50～500nm。优选的，所述斜向ZnO纳米线阵列中ZnO纳米线的长度为1～4μm。优选的，所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的结构自下而上依次包括：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层以及和GaN帽层形成欧姆接触的源电极和漏电极；栅极区域位于源电极和漏电极之间；所述栅极区域和源电极之间区域以及栅极区域和漏电极之间的区域被钝化层覆盖。优选的，所述AlN成核层的厚度为100～170nm；所述GaN缓冲层的厚度为1.5～3μm；所述GaN沟道层的厚度为10～30nm；所述AlGaN势垒层的厚度为10～30nm；所述GaN帽层的厚度为1～4nm；所述钝化层的厚度为100～140nm。优选的，所述钝化层的成分为氮化硅或二氧化硅。本专利技术提供了上述方案所述紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：提供无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管；将锌盐、六亚甲基四胺和水混合，得到前体溶液；将所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的上表面浸没于所述前体溶液中，进行水热反应。优选的，所述水热反应的温度为70～90℃；所述水热反应的时间为7～10h。优选的，所述锌盐和六亚甲基四胺的摩尔比为1：1～1：2。优选的，所述前体溶液中锌盐的浓度为2.5～20mmol/L，六亚甲基四胺的浓度为2.5～40mmol/L。本专利技术提供了一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11-22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。本专利技术提供的紫外探测器基于传统的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HETM)结构，在无栅的高电子迁移率晶体管的栅极区域斜向生长ZnO纳米线阵列，斜向生长ZnO纳米线阵列感光面积更大，从而提高了探测器的探测效率；并且本专利技术提供的紫外探测器结构中GaN外延层均为半极性面的GaN层，形成的半极性面的AlGaN/GaN异质结结构能够有效缓解斯塔克效应，解决极性面AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气难以耗尽的问题，使源漏间导电沟道更容易夹断，从而提高探测器的灵敏度和响应速度；本专利技术提供的紫外探测器灵敏度高，响应速度快且体积小，可以应用于传感器网络的探测结节点，实现对紫外光强度的实时、精准、高效检测。实施例表明，本专利技术提供的紫外探测器在波长为365nm的20mW/cm2的紫外光照下，偏压为1V时，响应时间可达到400ms，光电流与暗电流之比可达到106。附图说明图1为本专利技术实施例中衬底的剖面示意图；图2为本专利技术实施例在衬底上制备AlN成核层后所得结构的剖面示意图；图3为本专利技术实施例在AlN成核层上制备GaN缓冲层后所得结构的剖面示意图；图4为本专利技术实施例在GaN缓冲层上制备GaN沟道层后所得结构的剖面示意图；图5为本专利技术实施例在GaN沟道层上制备AlGaN势垒层后所得结构的剖面示意图；图6为本专利技术实施例所得半极性AlGaN/GaN外延片结构的剖面示意图；图7为本专利技术实施例在半极性AlGaN/GaN外延片表面制备源、漏电极后所得结构的剖面示意图；图8为本专利技术实施例中沉积钝化层后所得结构的剖面示意图；图9为本专利技术实施例中所得无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构的剖面示意图；图10为本专利技术实施例所得基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器结构的剖面示意图；图11为向本专利技术实施例制备的基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器施加紫外光的示意图；图1～图11中：1-衬底；2-AlN成核层；3-GaN缓冲层；4-GaN沟道层；5-二维电子气；6-AlGaN势垒层；7-GaN帽层；8-漏电极；9-源电极；10-钝化层；11-斜向ZnO纳米线阵列；12-紫外光；图12为本专利技术实施例1制备的斜向ZnO纳米线阵列的扫描电子显微镜照片。具体实施方式本专利技术提供了一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11-22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。本专利技术提供的紫外探测器包括无栅的高电子迁移率晶体管。在本专利技术中，所述无栅的高电子迁移率晶体管的结构自下而上依次包括：衬底、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11‑22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。

【技术特征摘要】
1.一种基于斜向ZnO纳米线阵列调制的AlGaN/GaN紫外探测器，包括无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管和生长在所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极区域的斜向ZnO纳米线阵列；所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的GaN外延层为半极性面(11-22)的GaN层；所述GaN外延层包括GaN缓冲层、GaN沟道层和GaN帽层；所述GaN沟道层位于GaN缓冲层的上表面；所述斜向ZnO纳米线阵列与栅极区域的平面夹角为30～35°。2.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述斜向ZnO纳米线阵列中ZnO纳米线的直径为50～500nm。3.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述斜向ZnO纳米线阵列中ZnO纳米线的长度为1～4μm。4.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述无栅的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的结构自下而上依次包括：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、GaN帽层以及和GaN帽层形成欧姆接触的源电极和漏电极；栅极区域位于源电极和漏电极之间；所述栅极区域和源电极之间区域以及栅极区域和漏电极之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志远，赵立欢，薛晓玮，张洁，邹德恕，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11