[发明专利]基于多孔氮化镓的紫外光电探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种基于多孔氮化镓(GaN)的紫外光电探测器及制备方法。

背景技术

紫外光探测器是紫外预警系统，紫外成像系统的核心组成部分，氮化镓是一种优良的紫外光电探测器材料。在紫外探测领域，可应用于可见光盲波段(小于380nm)的材料主要是硅(Si)。

Si的禁带宽度为1.12eV左右，其光响应波段覆盖紫外光到可见光到近红外光波段。因此，Si基探测器在用于紫外光探测时，其对可见光及近红外光的光电响应会成为一种强烈的背景噪声。为了排除这种背景噪声，用于紫外光探测的Si基光电探测器通常需要配合紫外滤波片使用。但滤波片引入会降低器件的响应度，且增加器件的复杂性和成本，降低系统的可靠性，同时还会面对器件小型化及集成化的问题。

GaN的禁带宽度为3.43eV左右，这种宽禁带使得GaN本身不会对可见光和近红外光有响应，即GaN具有本征的紫外吸收窗口，不需要加入额外的滤波片。因此，基于GaN的紫外光电探测器在器件小型化及集成化上，比Si更具优势。

GaN是一种直接带隙半导体，相比于间接带隙的半导体Si，具有带边光吸收系数高，带边截止特性显著的特点。

相比于Si，GaN具有更快的载流子饱和漂移速度，在紫外光波段具有更高的吸收系数。因此，GaN更有利于制作高频高响应度的紫外光电探测器。同时GaN还具有极高的热稳定性及化学稳定性，并且具有较强的抗辐照能力，这使得GaN基光电探测器可在极端的条件下工作。

虽然GaN材料具有高的光吸收系数，但从目前报道过的GaN基光电探测器的性能来看，其量子效率，响应度及探测度依然较低，无法满足实际应用的需求，尤其是弱紫外光探测的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于多孔氮化镓的紫外光电探测器，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于多孔氮化镓的紫外光电探测器，包括：

衬底；

缓冲层，位于所述衬底之上；

n型多孔氮化镓层，位于所述缓冲层之上；

一对电极，分别叠置于所述型多孔氮化镓层之上。

优选地，所述n型多孔氮化镓层中可以包含掺杂剂，掺杂剂包括硅烷。

优选地，所述n型多孔氮化镓层可以并入有Al组分。

优选地，所述n型多孔氮化镓层的多孔孔径可以为1nm～100nm。

优选地，所述缓冲层材料可以包括石墨烯、氮化镓或氧化锌。

优选地，所述电极可以为镍/金、钛/金、铂/金或钛/铝电极。

优选地，所述电极形状包括插指状、圆柱状、三角状或长方体状。

优选地，所述衬底的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅或者玻璃，衬底结构为平面或图形。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于多孔氮化镓的紫外光电探测器的制备方法，包括：

S1、在衬底上生长缓冲层；

S2、在缓冲层上制备n型多孔氮化镓层；

S3、在n型多孔氮化镓层上生长一对电极。

优选地，步骤S2中，所述n型多孔氮化镓层可以通过对氮化镓进行电化学腐蚀或热退火转化得到。

(三)有益效果

多孔结构的GaN具有极大的表面-体积比，而表面会引入表面态。因此在，GaN与金属电极形成的肖特基结界面处会有大量的表面态密度。在多孔氮化镓受到紫外光照射后，在这些界面处存在的大量表面态会捕获大量光生空穴，并在界面集聚。这些大量集聚的光生空穴，会使得GaN与金属形成的肖特基结势垒高度大大降低，从而使得越过势垒的热电子大大增多，并得到极大的光电流。相比于常规的基于薄膜GaN材料的紫外光电探测器，这种基于多孔结构的GaN基光电探测在有光照后，会有更强的光电响应。

附图说明

图1为本发明实施例的基于多孔氮化镓的紫外光电探测器的纵剖面结构示意图；

图2为本发明实施例的基于多孔氮化镓的紫外光电探测器横截面扫描电子显微镜示意图；

图3为本发明实施例的基于多孔氮化镓的紫外光电探测器在340nm的紫外光照射下的光响应度及探测度随电压的变化曲线图；

图4为基于多孔氮化镓的紫外光电探测器的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。