基于Ga制造技术

本发明专利技术公开了基于Ga

Based on GA

【技术实现步骤摘要】
基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件
本专利技术涉及一种紫外探测
，特别涉及一种基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件。
技术介绍
以GaN为代表的III-V材料为宽禁带半导体材料，且是直接带隙半导体，因此非常适合制作紫外探测器。特别是GaN材料，被称为第三代半导体中的典型材料之一。基于GaN的紫外探测器，主要分为以下几种类型：(1)光伏型紫外探测器。光伏性探测器主要包括p-n结、p-i-n结、肖特基结型等，它们结构基本相似。下面以p-i-n结探测器为例说明，其内部能带图如图1所示，是一个具有p-i-n结的半导体以及两端的欧姆接触电极。它的工作原理是：在pn结或者肖特基结的耗尽区，存在内建电场。当紫外光照射半导体时，这个内建电场可以分离光生电子空穴对，在探测器两端产生一定的电压，这就是光生伏特效应。这种探测器结构简单，不需要外加偏压，操作方便，暗电流低，但由于没有光电流增益，所以其响应灵敏度往往不如光导型探测器。(2)光电导型，又称为光敏电阻。它的器件结构如图2所示，其工作原理是：器件由半导体薄膜和位于薄膜两侧的欧姆电极组成，它可以被看作一个电阻。只不过，这个电阻在没有紫外光照射时，由于缺少自由载流子，导电能力差，呈现高阻态。此时电流很小，被称为暗电流。在有紫外光照射时，在半导体的内部产生光生载流子，光生载流子在光电导器件两侧正负电压的牵引下，分别流向相应电极。异种电荷流向相反，造成的电流方向相同。这个电流被称为光电流。所以当有光电流时，就可以知道有紫外光照射。光电导紫外探测器结构简单，光电流内部增益极高，在同样的紫外光照射下具有很大的响应电流，相比传统的来说在各个方面都有了很大的提升，但仍存在一些需要改进的地方：(1)响应速度慢，即存在光电导持续时间，增加了光响应时间，降低了紫外光探测器的响应速度；(2)暗电流大，光响应与入射光之间存在非线性变化关系，会出现假信号现象，可能会引起测量误差。(3)光生载流子的寿命短。光生载流子产生以后，不能及时分离，电子和空穴会产生复合现象，使光生载流子的寿命变短，降低光电探测的性能。
技术实现思路
针对现有光电导型紫外探测器的不足，本专利技术提出基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件，利用Ga2O3/TiO2复合悬浮栅结构实现空穴和电子的瞬间分离，能够增加光生载流子的寿命，提高探测性能；同时利用悬浮栅结构所产生的空穴感应异质结沟道中的二维电子气，由于光生载流子和沟道电子感应速度极快以及二维电子气的高迁移率，光电流产生的速度极快，大大提高紫外探测器的响应速度。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管，至少包括漏极(1)、源极(2)、在衬底(6)形成至少一异质结构以及设置该异质结构上的Ga2O3/TiO2复合悬浮栅，其中，所述异质结构的界面处形成异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气(5)，所述二维电子气(5)受控于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅；所述Ga2O3/TiO2复合悬浮栅分布于源极(2)和漏极(1)之间，包括TiO2层(7)和设置在该TiO2层(7)上Ga2O3层(8)；所述源极(2)和漏极(1)经所述异质结沟道电连接，其电流大小由所产生的二维电子气(5)决定。作为进一步的改进方案，所述Ga2O3/TiO2复合悬浮栅受紫外光照射时，在TiO2层(7)一侧产生空穴，该空穴在异质结沟道中感应出二维电子气(5)。作为进一步的改进方案，所述异质结构至少包括GaN层(4)和设置在该GaN层(4)上的AlGaN层(3)，所述AlGaN层(3)和GaN层(4)的界面处形成异质结沟道。本专利技术还公开了基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管的制备方法，至少包括以下步骤：步骤S1：在衬底(6)上形成至少一异质结构并形成异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气(5)；该异质结构至少包括GaN层(4)和设置在该GaN层(4)上的AlGaN层(3)；所述AlGaN层(3)的厚度低于足以产生二维电子气(5)的临界厚度；步骤S2：在AlGaN/GaN异质结构形成TiO2层(7)，在该TiO2层(7)上设置Ga2O3层(8)，形成Ga2O3/TiO2复合悬浮栅结构；步骤S3：制备源极(2)和漏极(1)，并使所述源极(2)与漏极(1)经异质结沟道电连接，Ga2O3/TiO2复合悬浮栅极分布于源极和漏极之间；步骤S4：利用台面刻蚀形成器件隔离；步骤S5：制作源极、栅极、漏极引线。作为进一步的改进方案，所述源极(2)和漏极(1)分别与所述AlGaN/GaN异质结构形成欧姆接触。作为进一步的改进方案，在所述步骤S2中，利用选区刻蚀方法形成Ga2O3/TiO2复合悬浮栅结构。作为进一步的改进方案，在所述步骤S1和S2中，通过MOCVD、MBE、PECVD外延生长方式在衬底主平面上生长形成AlGaN/GaN异质结构以及形成Ga2O3/TiO2纳米复合结构。于衬底主平面上形成至少一AlGaN/GaN异质结沟道，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括GaN和在GaN之上设置的AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层的厚度低于足以产生2DEG(二维电子气)的临界厚度；于衬底主平面上形成至少一AlGaN/GaN异质结，所述异质结构的界面处为异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气；在AlGaN/GaN异质结之上形成TiO2；在现有材料上面形成Ga2O3层；利用选区刻蚀方法刻蚀出Ga2O3/TiO2复合悬浮栅极；在源极区和漏极区形成源极及漏极，并使所述源极与漏极经所述异质结沟道电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。进一步的，在所述制备方法中，可以通过MOCVD、MBE、PECVD等业界已知的外延生长方式等于衬底主平面上生长形成所述AlGaN/GaN异质结构和Ga2O3/TiO2纳米复合结构。进一步的，在所述制备方法中，可以通过ICP、RIE、湿法腐蚀等业界已知的刻蚀方法在AlGaN/GaN异质结上刻蚀出Ga2O3/TiO2复合悬浮栅结构。进一步的，所述源极、漏极分别与所述AlGaN/GaN异质结构形成欧姆接触。本专利技术还公开了紫外探测器件，采用至少一个基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管，该场效应管至少包括漏极(1)、源极(2)、在衬底(6)形成至少一异质结构以及设置该异质结构上的Ga2O3/TiO2复合悬浮栅，其中，所述异质结构的界面处形成异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气(5)，所述二维电子气(5)受控于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅；所述Ga2O3/TiO2复合悬浮栅分布于源极(2)和漏极(1)之间，包括TiO2层(7)和设置在该TiO2层(7)上Ga2O3层(8)；所述源极(2)和漏极(1)经所述异质结沟道电连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Ga

【技术特征摘要】
1.基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管，其特征在于，至少包括漏极(1)、源极(2)、在衬底(6)形成至少一异质结构，以及设置该异质结构上的Ga2O3/TiO2复合悬浮栅，其中，所述异质结构的界面处形成异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气(5)，所述二维电子气(5)受控于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅；所述Ga2O3/TiO2复合悬浮栅分布于源极(2)和漏极(1)之间，包括TiO2层(7)和设置在该TiO2层(7)上Ga2O3层(8)；所述源极(2)和漏极(1)经所述异质结沟道电连接，其电流大小由所产生的二维电子气(5)决定。


2.根据权利要求1所述的基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管，其特征在于，所述Ga2O3/TiO2复合悬浮栅受紫外光照射时，在TiO2层(7)一侧产生空穴，该空穴在异质结沟道中感应出二维电子气(5)。


3.根据权利要求1或2所述的基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管，其特征在于，所述异质结构至少包括GaN层(4)和设置在该GaN层(4)上的AlGaN层(3)，所述AlGaN层(3)和GaN层(4)的界面处形成异质结沟道。


4.基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤S1：在衬底(6)上形成至少一异质结构，并形成异质结沟道，所述异质结沟道内可以形成二维电子气(5)；该异质结构至少包括GaN层(4)和设置在该GaN层(4)上的AlGaN层(3)；所述AlGaN层(3)的厚度低于足以产生二维电子气(5)的临界厚度；
步骤S2：在AlGaN/GaN异质结构形成TiO2层(7)，在该TiO2层(7)上设置Ga2O3层(8)，形成Ga2O3/TiO2复合悬浮栅结构；
步骤S3：制备源极(2)和漏极(1)，并使所述源极(2)与漏极(1)经异质结沟道电连接，Ga2O3/TiO2复合悬浮栅极分布于源极和漏极之间；
步骤S4：利用台面刻蚀形成器件隔离；
步骤S5：制作源极、栅极、漏极引线。...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志华，周明，刘辉，王育天，李仕琦，刘国华，程知群，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33