[发明专利]石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器及其制备方法与应用，所述石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、非极性GaN层和Ti/Au金属电极层，以及覆盖在非极性GaN层上的隔离层、石墨烯层和Au金属电极层；其中，在非极性GaN层的一侧上覆盖Ti/Au金属电极层，在另一侧上覆盖隔离层；石墨烯层部分覆盖在隔离层上，部分覆盖在非极性GaN层上，且石墨烯层不与Ti/Au金属电极层接触；Au金属电极层覆盖在隔离层上的石墨烯层上；石墨烯与非极性GaN形成石墨烯/非极性GaN异质结。本发明提供的石墨烯/非极性GaN异质结构，实现了紫外光偏振探测，减少器件的暗电流与噪声。

技术领域

本发明属于光电探测器领域，具体涉及一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器及其制备方法与应用。

背景技术

不同波段的紫外光电器件，可实现在不同领域(国防、军事、医疗等)的应用，如UVA(400～320nm)波段器件可用于紫外固化等，UVB(320～280nm)波段器件可用于紫外光疗等，UVC(280～200nm)波段器件可用于紫外预警等，在国民经济和社会发展中起着重要作用。

偏振作为光的一种特殊属性，在光束与物质相互作用之后，其偏振态会发生变化。利用偏振光这一特性制备的偏振探测器可以实现对目标表面特征的探测，例如形状、表面朝向、粗糙度等，同时还能提高目标的对比度，减少光干扰，有利于对目标的探测和识别。

随着紫外光电市场的发展，具有偏振特性的紫外线展现出了广阔的发展前景。目前已经实现了偏振紫外光在有机物薄膜表面改性、大气探测、星空探测、地雷探测等领域的应用。因此实现紫外偏振光探测技术在民用、工业制造、航空航天、国防军工都有强烈的需求。

非极性GaN由于具有各项异性、电子迁移率高、化学稳定性好等特点，是制备紫外偏振光探测器的最具潜力的候选者之一。但目前由于非极性GaN大都采用异质外延工艺，由于晶格失配和热失配等因素，导致非极性GaN缺陷密度过大，限制了非极性GaN紫外偏振探测器的发展。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明针对非极性GaN紫外偏振探测器响应度过小的问题，提供一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器及其制备方法与应用，利用石墨烯具有透光性好、导电性好等优点，与非极性GaN构成异质结可以形成内建电场，促进载流子分离，提高器件的响应性能，在实现紫外偏振光探测的同时，提高器件的光电流与响应度，减少器件的暗电流与噪声。

本发明的第一个目的在于提供一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器。

本发明的第二个目的在于提供一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器的应用。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种石墨烯/非极性GaN紫外偏振探测器，包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、非极性GaN层和Ti/Au金属电极层，以及覆盖在非极性GaN层上的隔离层、石墨烯层和Au金属电极层；其中，所述Ti/Au金属电极层覆盖在非极性GaN层的一侧上，所述隔离层覆盖在非极性GaN层的另一侧上；所述石墨烯层部分覆盖在隔离层上，部分覆盖在非极性GaN层上，且石墨烯层不与Ti/Au金属电极层接触；所述Au金属电极层覆盖在隔离层上的石墨烯层上；所述石墨烯层和非极性GaN层形成石墨烯/非极性GaN功能层。

进一步的，所述缓冲层包括生长在衬底上的AlN层和生长在AlN层上的AlGaN层，厚度分别为50～150nm和250～400nm。

进一步的，所述非极性GaN层为a面GaN或m面GaN，厚度为1～3μm。

进一步的，所述石墨烯层为单层或三层。