[发明专利]一种响应波长可调的紫外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种响应波长可调的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探测器 及其制备方法，属于光电器件技术领域。

背景技术

紫外探测技术是一项军民两用光电探测技术，在紫外制导、生化分析、 臭氧探测等方面都有广泛的应用前景，尤其是日盲区(200nm–280nm)的 探测，可以在追踪和探测目标时降低背景光通量的影响，提高信噪比和报警 准确率。目前应用较多的紫外探测器利用的是光电倍增管，但却受限于体积 庞大、工作电压高等缺点，而半导体激光器则因其功耗低、体积小的优势成 为当今人们的研究热点。

Ⅲ族氮化物作为宽禁带直接带隙半导体材料，具有高饱和电子漂移速 率、高热导率、抗腐蚀等诸多优良的特点，在光电子器件领域有重要的应用 价值。Al_xGa_1-xN作为AlN与GaN的固溶体，可以通过调节Al组分x值(x 可为0到1之间的任意值)使得带隙在3.4eV–6.2eV连续可调，其带隙对 应的激发波长范围覆盖紫光波段到深紫外波段，利用这个特点可以实现对紫 外波段的选择性探测。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体材料，具有优异 的热学、力学和光电性能、大的比表面积、大的载流子迁移率以及良好的工 艺兼容性。因此，石墨烯被认为在后硅时代将会创造更多的辉煌。

将Al_xGa_1-xN具有紫外吸收波长可调的优势与石墨烯高载流子迁移率的 优势完美结合而设计的器件结构，将提供一种器件结构简单、波长可调、灵 敏度高的紫外探测器。其器件工艺与现有技术兼容性好，有潜在的应用前景。

发明内容

鉴于当前紫外探测技术的发展现状，本发明所要解决的技术问题是提供 一种器件工艺简单、灵敏度高的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的新型紫外探测器 及其制备方法。本发明充分利用了紫外光可以在宽带隙Al_xGa_1-xN合金半导 体中产生大量的光生载流子、该载流子在界面电场的作用下快速转移到石墨 烯中，并引起石墨烯中光电流响应的优势，与现有半导体工艺技术兼容性好， 有利于工业化生产。

一种响应波长可调的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探测器，该探测器 包括支撑衬底(1)，所述支撑衬底(1)上形成有Al_xGa_1-xN(2)，所述 Al_xGa_1-xN(2)上形成有石墨烯层(3)，以及在所述石墨烯层(3)上形成 有两端探测电极(4)，另外在所述两端探测电极(4)上分别具有超声键合 的电极引线(5)。

进一步地，所述支撑衬底(1)是蓝宝石，SiC、GaN或AlN，以及其它 适合Al_xGa_1-xN生长的衬底。

进一步地，所述Al_xGa_1-xN层(2)上的所述石墨烯层(3)的层数在10 层以下。

进一步地，还包括一个具有通光窗口的封装壳体，所述电极引线(5) 与封装壳体的电极相连，紫外光可以通过通光窗口照射到所述Al_xGa_1-xN层 (2)和所述石墨烯层(3)上。

进一步地，所述两端探测电极(4)是简单的一组或多组两端电极，或 者是一组或多组的叉指电极以及其它类似的电极。

本发明的优点在于：本发明提供的Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探测器， 充分利用了Al_xGa_1-xN对紫外光的高效吸收、界面处的界面电场对载流子的 快速转移和石墨烯中载流子的快速迁移的诸多优势，且其器件工艺与现有工 艺兼容性好，易于工业化应用。

附图说明

图1：基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探测器的结构示意图。其中(1)为支 撑衬底，(2)为Al_xGa_1-xN层，(3)为石墨烯层，(4)为两端探测电极， (5)为电极上的引线。