[发明专利]一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，自下而上依次包括：透明导电衬底，GaN缓冲层，GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层，导电电极；所述GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层包括多个周期性交替生长的n型GaN层、掺杂氧化镓层和n型AlGaN层，所述GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层中各单层的厚度为10～100nm；所述掺杂氧化镓为钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓，所述钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓包括β-Ga₂O₃基质材料，掺杂质量分数0.005％～0.03％的钛掺杂石墨烯量子点。

2.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述钛掺杂石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.01％～0.02％，优选地，钛掺杂石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.02％。

3.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的透明导电衬底为蓝宝石。

4.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的GaN缓冲层厚度为200～800nm。

5.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的n型GaN层、n型AlGaN层中Si的掺杂浓度为8E18～2E19atom/cm³。

6.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的n型AlGaN层中Al的掺杂浓度为1E17～1E19atom/cm³。

7.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的掺杂氧化镓层中石墨烯量子点的掺杂质量分数为0.02％。

8.根据权利要求1所述的基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件，其特征在于：所述的GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层的厚度为2～4um。

9.权利要求1-8任一项所述基于钛掺杂石墨烯量子点的氧化镓的紫外探测器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1透明导电衬底的清洗：将透明导电衬底依次置于丙酮、异丙醇、乙醇和去离子水中超声清洗20min，然后置于空气流下吹干；

步骤2布置GaN缓冲层：将步骤1清洗干净的透明导电衬底放入一卧式低压金属有机物化学气相沉淀反应室中，衬底预先在1050°氢气下去气半小时后，降温至570°生长氮化镓缓冲层；

步骤3布置GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层：在1030～1080℃、200～300mbar压力、H₂和N₂混合气氛的反应室内，生长一层厚度为10nm～100nm的n型GaN层；将其置于石英舟内，并放置于化学气相沉积设备反应室内合适的位置，将钛掺杂石墨烯量子点掺杂的陶瓷靶置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟8-12cm处，关闭反应室门，打开气路，使氧气和惰性气体的混合气体持续通入反应室，设定化学气相沉积设备反应室内加热温度和加热时长，生长掺杂氧化镓层；随后在1030～1080℃、200～300mbar压力、H₂和N₂混合气氛的反应室内，生长一层厚度为10nm～100nm的n型AlGaN层；重复以上步骤，周期性交替生长出GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层；

步骤4制作导电电极：在步骤3制备的GaN/掺杂氧化镓/n型AlGaN超晶格吸收层表面覆盖一层多孔金属掩膜，将其放入磁控溅射设备，以ITO陶瓷靶为靶材，设备首先抽真空制10^-7Pa，然后在其中通入Ar气，调控溅射气压至1Pa，在100W的射频模式下溅射1～3h，得到一层ITO导电电极。

10.根据权利要求9的制备方法，其特征在于：步骤3中所述的钛掺杂石墨烯量子点掺杂的陶瓷靶的制备方法如下：

步骤1：将单层氧化石墨烯加入质量百分比浓度为10％的聚乙烯醇水溶液中制得浓度为2mg/mL～10mg/mL的氧化石墨烯分散液，加入0.1～0.5倍单层氧化石墨烯质量的具有六方晶体结构的氧化锌、0.01～0.1倍单层氧化石墨烯质量的二氧化钛粉末和3～5倍单层氧化石墨烯质量的聚甲基吡咯烷酮，分散均匀后，转移至坩埚中，将所述坩埚置于马弗炉中，以1.5～5℃/分钟的速度升温至500～600℃后，在空气氛围中煅烧2～8h，自然降温至室温，用60～90℃的热水洗涤坩埚中固体混合物，干燥制得钛掺杂石墨烯量子点；

步骤2：将丙醇锆溶解于其5～10倍质量的乙醇中，搅拌下加入体积比为3:2的乙酰丙酮/水混合溶剂，室温下静置老化2～3天，制得涂层凝胶，所述乙醇和乙酰丙酮/水混合溶剂的体积比为25～40:1；

步骤3：将步骤1所得钛掺杂石墨烯量子点加入步骤2所得涂层凝胶中，搅拌均匀后，60℃干燥8～24h；

步骤4：重复步骤3 3～5次，500℃下烘烤30min，制得氧化锆涂层涂覆的石墨烯量子点；

步骤5：将步骤4所得氧化锆涂层涂覆的钛掺杂石墨烯量子点、纯度大于99.999％的氧化镓粉末加入乙醇中，超声分散均匀，蒸除溶剂，成型，烧结，得到钛掺杂石墨烯量子点掺杂的陶瓷靶。