基于硅碳衬底的GaN/InN HEMT紫外光光电探测器集成六方形硼酸盐 passivation

本 work 采用先进的材料与结构设计策略，提出一种新型氮化� gallium (GaN) 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 基于紫外光光电探测器架构，以提升室温下检测性能与稳定性。该器件采用热导率高的硅碳 (SiC) 衬底构建，包含 n-GaN 缓冲层、用于改善电子迁移率及二维电子气 (2DEG) 约束的硅化铟 (InN) 通道层，以及结合硅氮化物 (SiN) 与六方形硼酸盐 (h-BN) 的双重 passivation 方案。嵌入 p-GaN 层于 passivation 界面之间，以在暗态下耗尽 2DEG。采用沟底 lateral 镍 (Ni) 源漏电极及位于衬底内的凹陷栅极，确保良好的电场控制与噪声抑制。数值仿真表明，六方形硼酸盐 (h-BN) 介层置于双重 passivation 堆叠中，可有效抑制栅漏电流，从文献中典型值约 $10^{-7}$~A 降至约 $10^{-10}$~A，凸显其在提升界面绝缘性能中的关键作用。此外，与前期报告一致，硅碳 (SiC) 衬底相较于砖晶石 (sapphire) 具备显著更佳的热管理优势，使器件在紫外光照射下运行更为稳定。该器件在 360~nm 紫外光 (UV) 照射下表现出强烈的光响应，光-暗电流比 (PDCR) 可达约 $10^{6}$，且通过优化 p-GaN 宽度在 0.40~$\mu$m 至 1.60~$\mu$m 范围、掺杂浓度从 $5 \times 10^{16}$~cm$^{-3}$ 至 $5 \times 10^{18}$~cm$^{-3}$ 以及嵌入深度在 0.060~$\mu$m 至 0.068~$\mu$m 区间，可实现性能可调。