[发明专利]基于氮化镓的极性翻转型波长可分辨光探测器及制备方法有效

专利信息
申请号: 202011275293.6 申请日: 2020-11-13
公开(公告)号: CN112420397B 公开(公告)日: 2022-04-19
发明(设计)人: 孙海定;汪丹浩;康阳;刘鑫 申请(专利权)人: 中国科学技术大学
主分类号: H01G9/20 分类号: H01G9/20;G01J1/42
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 孙蕾
地址: 230026 安*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 基于 氮化 极性 转型 波长 分辨 探测器 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种光电化学光探测器,所述光探测器包括光电极,所述光电极包括衬底,还包括在所述衬底表面上形成的基于氮化镓(GaN)材料的异质结纳米结构,所述异质结纳米结构垂直于所述衬底。本发明还公开了一种基于GaN基材料的光电化学光探测器的制备方法。本发明提出的基于GaN基异质结纳米结构的光电化学光探测器,通过在特定波长光照下响应电流为正电流,在特定波长以外的其他波长光照下响应电流为负电流(即不同波长光照所产生的光电流的极性不同),从工作原理上规避了传统光探测器的本质缺陷,实现了不同波长光信号的探测,区分及光强测量。

技术领域

本发明涉及光电化学光探测器技术领域,具体涉及一种基于氮化镓(GaN)基纳米结构的极性翻转型波长可分辨光探测器及制备方法。

背景技术

光电探测器,即捕获光信号并将其转换为电信号的器件,被广泛应用于成像,通信,传感,计算和新兴可穿戴设备等领域。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等;在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面;紫外波段主要用于火焰探测,导弹警报,臭氧监测和非视距光通信等。

现今的光探测器大都基于简单的金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal,即MSM)结构,这种光探测器在工作时为达最优探测性能需要施加外部偏压,不仅耗费电力,在响应度及响应速度方面也有待提高。对于传统固态光探测器,其还存在一项最本质缺陷:区分探测光线的波长十分困难,具体而言,传统光探测器仅能探测能量大于自身禁带宽度的光子:例如,紫外光探测器在理论设计上应仅对紫外光有响应,对可见光无响应。实现了理论上的“分辨波长”,即只对感兴趣的波长响应。然而,因半导体材料中必然存在晶体缺陷,导致任何光探测器除对能量大于自身禁带宽度的光子响应外,对能量小于禁带宽度的光子也会有响应。在实际应用中,以紫外光探测器为例,当探测器探测到小的光信号时,严格意义上人们并不能判断其是否为紫外光。其既可能是小光强紫外光的“紫外光信号”,也可能是大光强可见光的“可见光信号”。因此,传统光探测器只能尽可能提高光探测选择比,即不断减小缺陷能级跃迁,将可见光响应控制到一定程度下,以供光探测正常使用。该策略并未解决光探测器领域的本质问题:如何实现真正的“分辨波长”。据此。利用具有特定带隙的单一吸收材料实现光谱特性的光检测具有很大的挑战性。

虽然光电化学光探测器相对传统的光探测器具有很大的技术优势,但尚处于起步阶段,现有的光电化学光探测器存在实际操作中与固态光探测器类似,存在难以区分探测波长的问题。因此,亟需一种可有效区分光探测波长的光电化学光探测器。

发明内容

有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种基于GaN基纳米结构的极性翻转型波长可分辨光探测器及制备方法,以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的,作为本发明的一方面,提供了一种光电化学光探测器,所述光探测器包括光电极,所述光电极

包括导电衬底,

还包括在所述衬底表面上形成的异质结纳米结构,

所述异质结纳米结构垂直于所述衬底。

其中,所述异质结包括两种不同禁带宽度的氮化镓(GaN)基半导体材料,包括AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InyAlxGa1-x-yN,BxAlyGa1-x-yN,BxInyGa1-x-yN材料,其中0≤x≤1,0≤y≤1,所述异质结包括对GaN基半导体进行n型掺杂或者p型掺杂后形成的p-n结,n-p结,p-i-n结和与之对应增加的隧穿结结构。

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