氮化镓纳米线感光单元、制作方法、紫外线探测器技术

技术编号:20848317 阅读:27 留言:0更新日期:2019-04-13 09:22
一种氮化镓纳米线感光单元的制作方法,包括如下步骤:提供一基板,在所述基板一侧形成一层氮掺杂的氧化镓材料层;以所述氮掺杂的氧化镓材料层为基层制作一氮化镓层,所述氮化镓层包括多条氮化镓纳米线;以及,在所述氮化镓层远离所述基板一侧形成至少两个间隔设置的金属电极。本发明专利技术还提供一种氮化镓纳米线感光单元以及一种紫外线探测器。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓纳米线感光单元、制作方法、紫外线探测器
专利技术涉及光探测领域,尤其涉及一种氮化镓纳米线感光单元及其制作方法及应用其的紫外线探测器。
技术介绍
紫外探测器在军民领域具有非常广阔的应用前景。军用领域的应用包括导弹制导、导弹预警防御系统和空间通讯等;民用领域的应用包括臭氧监测、火焰监测和环境监测等。现有技术中,紫外探测器主要以硅(Si)或磷化镓(GaP)等材料为主,它们具有在可见光和红外辐射区灵敏度高的优点。但是,由于硅(Si)或磷化镓(GaP)的光学带隙比较小,使得这些紫外探测器在紫外区的灵敏度非常低,从而限制了它们在紫外探测器领域中的应用。氮化镓(GaN)是一种宽禁带带隙的直接带隙半导体材料,带隙为3.4eV,同时氮化镓(GaN)具有稳定的物理和化学性质,非常适合于制备波长小于365nm的短波长紫外探测器。但是,由于缺乏氮化镓(GaN)体材料的相关制备技术,所以制备紫外探测器时所需的氮化镓(GaN)薄膜均利用异质外延法得到,而异质外延法制备氮化镓(GaN)薄膜时产生的穿透位错会引起漏电流,严重降低了氮化镓(GaN)基紫外探测器的性能。如何设计并制作一种新型的紫外线探测器是本领域技术人员需要解决的。
技术实现思路
一种氮化镓纳米线感光单元的制作方法,包括如下步骤:提供一基板,在所述基板一侧形成一层氮掺杂的氧化镓材料层;以所述氮掺杂的氧化镓材料层为基层制作一氮化镓层,所述氮化镓层包括多条氮化镓纳米线;在所述氮化镓层远离所述基板一侧形成至少两个间隔设置的金属电极。于一实施例中,所述氮掺杂的氧化镓材料层的至少部分转化为氮化镓层。于一实施例中,所述氮掺杂的氧化镓材料层的全部转化为氮化镓层,所述感光单元中不含有所述氮掺杂的氧化镓材料层。于一实施例中,所述氮化镓纳米线的直径小于100nm。于一实施例中,所述氮化镓层由氮化镓纳米线构成。于一实施例中,所述氮化镓层采用化学气相沉积法制备,以单质镓作为镓源,以氨气作为氮源。于一实施例中,所述氮化镓层的生长温度范围为850~1000℃,氨气的流量可以为80sccm至120sccm。于一实施例中,将所述基板置于一反应炉中,通过溅射镀膜的方式在所述基板一侧形成一氧化镓层,并在所述氧化镓层形成过程中向所述反应炉中持续通入氮气以获得氮掺杂的氧化镓材料层。一种氮化镓纳米线感光单元,包括一基板、一氮化镓层以及至少两个金属电极,所述氮化镓层设置于所述基板一侧表面,至少两个所述金属电极间隔设置于所述氮化镓层远离所述基板的表面。一种紫外线探测器,包括一氮化镓纳米线感光单元,所述氮化镓纳米线感光单元由上述制作方法制得。与氮化镓(GaN)体材料相比,氮化镓(GaN)纳米线不仅具有氮化镓(GaN)体材料本身优良的物理、化学和光电等性能,还兼具纳米材料特性,比如尺寸依赖的光学和电学特性等。一维氮化镓(GaN)纳米线,具有比表面积大的形貌特征,这有助于进一步提高相关紫外探测器的性能。比如,利用氮化镓(GaN)纳米线来制备紫外探测器,可以获得更大的光电流、响应度和紫外/可见光抑制比。另外,氮化镓(GaN)纳米线基紫外探测器的性能还与其纳米线尺度有关,比如直径不同的纳米线基紫外探测器会产生不同的光电流和响应度。由于表面增强电子-空穴对分离等原因,利用各种半导体纳米线制备紫外探测器时常常可以产生更高的光电导增益。附图说明图1为本专利技术一实施例的氮化镓纳米线感光单元的制备流程示意图。图2为本专利技术一实施例的氮化镓纳米线感光单元的制备流程示意图。图3为本专利技术一实施例的氮化镓纳米线感光单元的制备流程示意图。图4为本专利技术一实施例的氮化镓纳米线感光单元的剖视示意图。图5为本专利技术一实施例的紫外线探测器的结构关系示意图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。主要元件符号说明具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术,但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似应用,因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术提供一种氮化镓纳米线感光单元11的制作方法。所述制作方法包括以下步骤:步骤S1:提供一基板110,在所述基板110一侧形成一层氮掺杂的氧化镓材料层A。如图1所示,提供一基板110,基板110可为片状的蓝宝石(主要成分为Al2O3)或者片状陶瓷或者表面覆盖有三氧化二铝(Al2O3)钝化结构的片状金属。将所述基板110放置于一反应炉中,通过溅射镀膜的方式在基板110一侧形成一氧化镓层,溅射持续时间为1小时至6小时,并在所述氧化镓(Ga2O3)层形成过程中向所述反应炉中持续通入氮气(N2)并最终获得氮掺杂的氧化镓材料层A,可在氮掺杂的氧化镓材料层A生长完成后对其进行退火处理,退火持续时间为0.5小时至6小时。溅射镀膜过程中,溅射气压的取值范围可以为0.5Pa至5.0Pa,进一步可以为1.0Pa至4.0Pa,该范围进一步还可以为1.5Pa至2.5Pa,且,当溅射气压为2.0Pa时氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能较好;其中,随着溅射气压从1.0Pa增加到4.0Pa时氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能先提高后逐渐降低,当溅射气压为2.0Pa时,薄膜的结晶性能较好,结晶形成的速率亦较快。溅射镀膜过程中,氮气(N2)流量可以为0至20sccm,进一步可以为3sccm至10sccm,该范围进一步还可以为5.5sccm至6.5sccm,且,当氮气(N2)流量为6sccm时氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能较好;其中,随着氮气(N2)流量从0增加到10sccm时,氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能先逐渐提高后降低,当氮气(N2)流量为6sccm时,氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能较好,氮的掺杂程度亦较高。溅射镀膜过程中,在500℃至1500℃的氮气、氧气或空气中对氮掺杂的氧化镓材料层A进行退火,氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能和光学质量均得到了提升,其中在氮气(N2)中退火,氮掺杂的氧化镓材料层A的结晶性能和光学质量最好,可见光透过率大于85%。步骤S2:以所述氮掺杂的氧化镓材料层A为基层制作一氮化镓层120,所述氮化镓层120包括多条氮化镓纳米线。如图2所示,氮掺杂的氧化镓材料层A作为基层,将一侧设置有氮掺杂的氧化镓材料层A的基板110设置于一管式炉中,使用化学气相沉积(CVD)的方式,将单质镓设置于蒸镀源中作为镓源,以氨气(NH3)为氮源,并在基板110一侧生长出多条氮化镓纳米线,所述多条氮化镓纳米线构成氮化镓层120。在氮化镓层120的制备过程中,氮化镓层120中的氮化镓晶体的生长温度为500~1500℃,进一步可以为850~1000℃;氨气(NH3)流量可以为40sccm至240sccm,进一步可以为80sccm至120sccm。其中,当生长温度为900℃、氨气(NH3)流量为120sccm时,所制备的氮化镓层120中的氮化镓纳米线的密度比较大,其平均直径为90nm左右;其中,当生长温度为900℃、氨气(NH3)流量为80sccm时,氮化镓纳米线的拉伸应力最小,为0.5GPa左右。其中,当生长温度为900℃、氨气(NH3)流量为120sccm时,氮化镓纳米线具有很强的紫外发光峰,并且黄光发光峰强度较弱,综合发光性能最佳。于一实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓纳米线感光单元的制作方法,包括如下步骤:提供一基板,在所述基板一侧形成一层氮掺杂的氧化镓材料层;以所述氮掺杂的氧化镓材料层为基层制作一氮化镓层,所述氮化镓层包括多条氮化镓纳米线;在所述氮化镓层远离所述基板一侧形成至少两个间隔设置的金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓纳米线感光单元的制作方法,包括如下步骤:提供一基板,在所述基板一侧形成一层氮掺杂的氧化镓材料层;以所述氮掺杂的氧化镓材料层为基层制作一氮化镓层,所述氮化镓层包括多条氮化镓纳米线;在所述氮化镓层远离所述基板一侧形成至少两个间隔设置的金属电极。2.如权利要求1所述的氮化镓纳米线感光单元的制作方法,其特征在于:所述氮掺杂的氧化镓材料层的至少部分转化为氮化镓层。3.如权利要求2所述的氮化镓纳米线感光单元的制作方法,其特征在于:所述氮掺杂的氧化镓材料层全部转化为氮化镓层,所述感光单元中不含有所述氮掺杂的氧化镓材料层。4.如权利要求1所述的氮化镓纳米线感光单元的制作方法,其特征在于:所述氮化镓纳米线的直径小于100nm。5.如权利要求1所述的氮化镓纳米线感光单元的制作方法,其特征在于:所述氮化镓层由氮化镓纳米线构成。6.如权利要求1所述的氮化镓纳米线感光单...

【专利技术属性】
技术研发人员:檀满林付晓宇田勇
申请(专利权)人:深圳清华大学研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1