一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器制造技术

本专利公开了一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器，其结构特点自下而上分别是GaAs衬底、GaAs缓冲层、Al

【技术实现步骤摘要】
一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器


[0001]本专利涉及一种太赫兹探测技术，具体指一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器。其主要原理是GaAs和AlGaAs形成的二维电子气具有非常高的电子迁移率，并可与THz波产生等离子共振，增强了THz波的吸收，提高了THz 波的光电转换效率。同时可通过栅电压来调控太赫兹的吸收和光电转化，实现高稳定，高灵敏，高速的室温太赫兹探测和成像。

技术介绍

[0002]太赫兹波由于其独特的性质有着非常广阔的应用前景，但目前由于其理论的匮乏以及太赫兹光源的限制，还没有大规模的使用。但是最近20年的超快电子技术的发展，为太赫兹波段提供了合适的光源以及探测手段，关于高功率太赫兹光源以及探测手段一时间成为了全球研究的热点。
[0003]1993年，等离子体波的非线性特性可以探测太赫兹波被Dyakonov和Shur 首次提出，太赫兹波激发沟道内的等离子体波，等离子体波的非线性特性和非对称的边界条件，可使其感应出一个恒定电压，即为太赫兹响应。1998年，非共振检测形式首先在GaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)中发现。从那以后，一系列的高电子迁移率晶体管和硅基场效应管都观察到了非共振的室温高灵敏度场效应自混频太赫兹波检测器的检测。GaAs和AlGaAs HEMT是一种新型器件，其中，在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层、掺杂 Si的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层以及掺杂硅的GaAs势垒层。源极、漏极分别于GaAs 缓冲层以及各个势垒层两端接触并与势垒层与缓冲层之间形成的二维电子气沟道形成欧姆接触，栅极与掺杂硅的GaAs势垒层形成肖特基接触。由于n型掺杂的A1GaAs的费米能级与GaAs的费米能级的位置不同，电子将从费米能级相对较高的AlGaAs材料一侧转移到较低的GaAs材料一侧，使沟道中的电子和施主电离杂质空间分离，在沟道内形成二维电子气。当太赫兹照射时，器件本身产生的二维电子气可与太赫兹波产生等离子共振，进而产生等离子波。由于等离子体波的非线性特性，可以使器件在太赫兹波段产生响应。
[0004]基于GaAs和AlGaAs的高电子迁移率晶体管是应用前景良好的高速电子器件之一。其具有稳定性高、响应频段宽的特点，并且在光电增益以及效率等方面也表现出巨大的优势。由于其高速、低噪声、低功耗等特点，目前已经应用于卫星通信、信号处理等诸多领域。因此，GaAs和AlGaAs的高电子迁移率晶体管为高稳定性、高探测率的太赫兹探测器的研究和应用提供了优异的平台。

技术实现思路

[0005]本专利公开了一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器，主要探测原理是 GaAs和AlGaAs形成的二维电子气具有非常高的电子迁移率，并可与THz波产生等离子共振，增强了THz波的吸收，提高了THz波的光电转换效率。同时，可通过栅电压来调控太赫兹的吸收和光电转化，实现高稳定，高灵敏，高速的室温太赫兹探测的目的。
[0006]本专利公开了一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器，其结构特点自下而上分别
是GaAs衬底9、GaAs缓冲层8、Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层6、掺杂硅的 Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层5和掺杂硅的GaAs势垒层4，源极2和漏极3都位于GaAs 缓冲层8上并且位于Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层6、掺杂硅的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层5和掺杂硅的GaAs势垒层4两端，与Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层6与GaAs缓冲层8之间形成的二维电子气沟道7形成欧姆接触，栅极1位于掺杂硅的GaAs势垒层4上方并与掺杂硅的GaAs势垒层4形成肖特基接触。其特点在于：
[0007]所述的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层6)厚度为13～15nm；
[0008]所述的掺杂硅的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层5的厚度为50～54nm；
[0009]所述的掺杂硅的GaAs势垒层4厚度分别为9～11nm。
[0010]所述源极2和漏极3都是复合金属，自下而上依次为金锗合金、镍和金；
[0011]所述栅极1是复合金属，自下而上依次为钛和金。
[0012]本专利公开了一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器件及制备方法，其制备方法包括以下步骤：
[0013]1)采用分子束外延技术在GaAs衬底9上依次生长GaAs缓冲层8、 Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层6、掺杂硅的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层5和掺杂硅的GaAs势垒层 4；
[0014]2)利用湿法腐蚀的方法隔离出二维电子气沟道7；
[0015]3)采用紫外光刻技术结合电子束蒸发和剥离工艺实现源极2和漏极3；
[0016]4)采用真空退火的方法实现源极2、漏极3分别与二维电子气沟道7形成欧姆接触；
[0017]5)采用紫外光刻技术和电子束蒸发的方法制备栅极1。
附图说明
[0018]图1为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件结构示意图。
[0019]图2为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件源漏两端的IV特性曲线。
[0020]图3为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件的输出特性曲线。
[0021]图4为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件在源漏偏压为0.5V时的转移特性曲线。
[0022]图5为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件在频率为0.1THz左右的电磁波的照射下的响应信号受栅压的调制情况。
[0023]图6为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件在频率为0.1THz左右的电磁波的照射下的响应波形图，即器件的响应电流随着时间的变化关系。其中调制频率为1kHz。
[0024]图7为本专利的GaAs和AlGaAs HEMT器件在频率接近0.3THz左右的电磁波的照射下的电流响应率随着入射频率的变化情况。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利的具体实施方式作详细说明：
[0026]本专利公开了一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器件及制备方法，其结构特点自下而上分别是GaAs衬底、GaAs缓冲层、Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层、掺杂硅的 Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层和掺杂硅的GaAs势垒层，源极和漏极都位于GaAs缓冲层上并且位于各势垒层两端，与Al
0.3
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaAs和AlGaAs异质结太赫兹探测器，包括GaAs衬底(9)、GaAs缓冲层(8)、Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层(6)、掺杂硅的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层(5)和掺杂硅的GaAs势垒层(4)，其特征在于：所述太赫兹探测器的结构自下而上依次是GaAs衬底(9)、GaAs缓冲层(8)、Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层(6)、掺杂硅的Al
0.3
Ga
0.7
As势垒层(5)和掺杂硅的GaAs势垒层(4)，源极(2)和漏极(3)都位于GaAs缓冲层(8)上并且位于Al
0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，朱久泰，郭万龙，陈效双，陆卫，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：