[发明专利]一种2DWS2

说明书

本发明公开了一种2D WS₂/InGaN II型异质结自驱动蓝光探测器及其制备方法与应用；该蓝光探测器由下至上依次包括：Si衬底层、AlN/AlGaN缓冲层、u‑GaN缓冲层、InGaN层；所述InGaN层上有SiO₂窗口层、2D WS₂层、第一金属电极；所述2D WS₂层上有第二金属电极。本发明通过在InGaN层上引入2D WS₂层，利用2D WS₂材料禁带宽度为2eV及其能带结构特点，能够与InGaN层实现II型异质结结构，在界面上形成内建电场，电子将向2D WS₂层迁移，空穴将向InGaN层迁移，完成光生载流子的有效分离和传输，产生更大光电流，实现了自驱动、高响应蓝光探测器。

技术领域

本发明涉及蓝光探测器领域，具体涉及一种2D WS₂/InGaN II型异质结自驱动蓝光探测器及其制备方法与应用。

背景技术

III族氮化物半导体材料拥有优良的光学、电学、热学、化学、机械性能，目前，Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件也得到了广泛研究。作为第三代半导体材料研究热点之一的InGaN材料电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好。并且可通过调整合金中In的组分，实现禁带宽度从3.4eV到0.7eV的连续调节，从而使得InGaN光电测器能够覆盖整个可见光波段，相比传统探测器具有体积小、易携带、易集成、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势，但同时也存在相分离导致的制备困难、器件响应度低等问题。

近年来，继石墨烯后，二维材料逐渐得到发掘，其层厚仅为几个原子层，同时相比于体材料具有优异的电学、光学、机械性能，因此在催化、微电子、离子储存、光电子学领域的巨大潜力得到了研究发展。

有研究人员采用GaN/InGaN多量子阱材料制备的蓝光探测器，响应时间为 300ms，暗电流为10^-7A，在5V电压下，峰值响应度达到0.35A/W的响应度。但由于材料表面存在悬挂键，器件暗电流仍较高。其次，该探测器需要外加电源才可以进行工作。相比之下，为了解决以上不足，本发明通过引入缓冲层提升InGaN材料质量，通过采用2D WS₂材料与InGaN功能层形成II型异质结结构，从而获得器件自驱动效应，大幅提升器件的响应度及灵敏度，同时由于二维生长材料表面无悬挂键，降低了暗电流，使得二维材料与传统研究材料相结合，获得了高性能水平的创新型器件。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供2D WS₂/InGaN II型异质结自驱动蓝光探测器及其制备方法与应用，所述蓝光探测器具有生长InGaN薄膜质量好，器件获得自驱动性能，具有外量子效率高，响应速度快和灵敏度高等优点。

由于InGaN材料自身容易发生相分离，采用MOCVD方法在AlN/AlGaN缓冲层、u-GaN缓冲层上生长InGaN薄层，通过沉积2D WS₂层后转移2D WS₂至InGaN层制备II型异质结结构蓝光探测器具有以下突出优势；一、MOCVD 适合大面积材料生长，可获得大面积InGaN薄膜；二、采用缓冲层结构，降低晶格失配，且InGaN为薄层，可降低相分离，可提升InGaN薄膜质量；三、设计II型异质结结构，通过内建电场使器件获得自驱动能力，同时大幅提升器件响应度、灵敏度等参数，从而获得高性能蓝光探测器。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种2D WS₂/InGaN II型异质结自驱动蓝光探测器，由下至上依次包括：Si 衬底层、AlN/AlGaN缓冲层、u-GaN缓冲层、InGaN层；所述InGaN层上有 SiO₂窗口层、2D WS₂层、第一金属电极；所述2D WS₂层上有第二金属电极。

优选的，所述Si衬底的厚度为420～430μm；