一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于光电探测器的技术领域，公开了一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器及其制备方法与应用。所述光电探测器包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、InGaN层和MoSe2层，MoSe2层部分覆盖InGaN层；光电探测器还包括阻隔层和电极层；阻隔层设置在未被MoSe2层覆盖的InGaN层及部分MoSe2层上，电极层设置在阻隔层上并覆盖部分MoSe2层上裸露部分。本发明专利技术还公开了探测器的制备方法。本发明专利技术的探测器实现红光与蓝光同时探测；在探测芯片表面进行增敏微纳结构设计，提升了蓝光与红光波段的量子效率，增强蓝光与红光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。本发明专利技术的探测器用于蓝光和/或红光多频谱光电探测。多频谱光电探测。多频谱光电探测。

【技术实现步骤摘要】
一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及可见光探测器领域，具体涉及一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]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，因此，III族氮化物光电器件和功率器件得到了科研人员的广泛关注和重点研究。
[0003]作为第三代半导体材料研究热点之一的InGaN材料拥有良好的物理化学性质。它的电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好。可以通过调整合金中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探测器能够实现覆盖整个可见光波段的连续探测，相比光电倍增管，InGaN探测器具有体积小、易携带、易集成、击穿电场高(＞1MV/cm)、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势。
[0004]虽然InGaN基探测器材料生长研究取得了一定进展，但是到目前为止还没有实现商品转化。制约InGaN探测器发展和应用的根本问题是材料质量问题。一方面，由于InGaN和Si衬底之间存在着较大的晶格失配(＞16.9％)，因此在InGaN外延层中也容易产生较高密度的位错。另一方面，由于InGaN材料容易发生分相，特别In组分越高越容易发生分相。同时，在GaN材料上生长InGaN，由于InGaN与GaN之间存在晶格失配，随着厚度增加会发生弛豫，产生缺陷，这些都可以作为俘获载流子。从而降低载流子输运特性，导致InGaN探测器的量子效率下降，影响响应速和灵敏度等。
专利
技术实现思路

[0005]为了解决以上问题，本专利技术的目的在于提供一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器及其制备方法。本专利技术的MoSe2/InGaN多光谱光电探测器具有以下优点：一，通过AlN/AlGaN/GaN缓冲层，降低位错，释放应力，使缺陷密度由108减小到105，使生长的InGaN材料质量更好；二，在InGaN上生长高质量二维MoSe2材料，生长的MoSe2为单层结构，厚度低致1nm；通过采用MoSe2/InGaN功能层结构，使探测器实现蓝光，红光多频谱光电探测。同时二维MoSe2拥有良好的导电性与透光性，相比于传统InGaN光电探测器，在蓝光波段MoSe2/InGaN结构有更高的载流子注入效率，增强InGaN蓝光探测器的响应度，响应时间更快。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器的应用。所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器用于蓝光和/或红光多频谱光电探测。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器(即MoSe2/InGaN多光谱光电探测器)，包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、InGaN层和MoSe2层，MoSe2层部分覆盖InGaN层；
[0009]所述光电探测器还包括阻隔层和电极层；所述阻隔层设置在未被MoSe2层覆盖的InGaN层以及部分MoSe2层上，所述电极层设置在阻隔层上并覆盖部分MoSe2层上裸露部分。
[0010]所述InGaN层和MoSe2层形成MoSe2/InGaN功能层。
[0011]所述MoSe2层部分覆盖InGaN层是指MoSe2层在InGaN层上形成台阶状的水平台面。所述阻隔层设置在未被MoSe2层覆盖的InGaN层以及部分MoSe2层上是指阻隔层设置在InGaN层上形成台阶状的水平台面上以及部分MoSe2层上。
[0012]所述阻隔层为Al2O3阻隔层。
[0013]所述缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，AlN层设置在衬底上；InGaN层设置在GaN层上。
[0014]所述InGaN层的厚度为100～200nm，MoSe2层的厚度为1～2nm。
[0015]衬底为Si衬底。
[0016]所述AlN层、AlGaN层和GaN层的厚度分别为350～450nm、650～700nm、4～5μm。
[0017]所述MoSe2层位于InGaN层上表面的中部即MoSe2层两端在InGaN层上都形成台阶状的水平台面。
[0018]两台阶状的水平台面以及相邻的部分MoSe2层上分别设有阻隔层。两阻隔层上及部分MoSe2层上设有电极层。
[0019]所述电极层的形状为叉指电极；所述电极层为金属电极层，具体为Ti/Au金属层，Ti/Au金属层为从下到上排布的Ti金属层和Au金属层。Ti层靠近阻隔层；Ti金属层的厚度为20～30nm、Au金属层的厚度为100～110nm。
[0020]所述MoSe2/InGaN多光谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)采用MOCVD方法在衬底上生长缓冲层，再采用MOCVD方法在缓冲层上依次生长InGaN层、MoSe2层；
[0022](2)将MoSe2层进行刻蚀，使得MoSe2层在InGaN层上形成台阶状的水平台面；在在InGaN层上形成台阶状的水平台面上以及MoSe2层上进行光刻(即表面匀胶、烘干、曝光、显影和氧离子处理)，获得蒸镀阻隔层的区域，通过蒸镀工艺制备Al2O3阻隔层；
[0023](3)在Al2O3阻隔层上进行光刻(即在Al2O3阻隔层上表面匀胶、烘干、曝光、显影和氧离子处理)，获得蒸镀金属电极的区域；通过蒸镀工艺将金属电极蒸镀在Al2O3阻隔层上。
[0024]采用MOCVD方法在衬底上从下到上依次外延生长AlN层、AlGaN层和GaN层的温度分别为1100～1200℃、1100～1200℃和1000～1150℃。N2气流量为30～40sccm。
[0025]采用MOCVD方法在缓冲层上生长MoSe2/InGaN层的温度为600～750℃。
[0026]光刻的条件：烘干时间为40～50s，曝光时间为5～10s，显影时间为40～50s，氧离子处理时间为2～3min。
[0027]Al2O3阻隔层与金属层电极的蒸镀速率各自为0.23～0.28nm/min。
[0028]所述MoSe2/InGaN多光谱光电探测器用于蓝光和/或红光多频谱光电探测。
[0029]和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：
[0030](1)本专利技术先采用MOCVD高温外延方法在衬底上生长AlN/AlGaN/GaN缓冲层，再结合MOCVD低温外延方法，在缓冲层上生长MoSe2/InGaN功能层，再通过光刻蒸镀工艺，在MoSe2/InGaN功能层上由下至上制作Al2O3阻隔层与Ti/Au电极，实现了MoSe2/InGaN多光谱光电探测器。本专利技术的制备方法具有工艺简单、省时高效以及能耗低的特点，有利于规模化生产。
[0031](2)本专利技术的一种MoSe2/InGaN多光谱光电探测器通过MoSe2/InGaN功能层，实现蓝光，红光多频谱光电探测；在此基础上优化设计探测器与阵列结构，有效提高响应速度。
[0032](3)本专利技术的一种MoSe2/I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特征在于：包括从下到上依次排布的衬底、缓冲层、InGaN层和MoSe2层，MoSe2层部分覆盖InGaN层；所述光电探测器还包括阻隔层和电极层；所述阻隔层设置在未被MoSe2层覆盖的InGaN层以及部分MoSe2层上，所述电极层设置在阻隔层上并覆盖部分MoSe2层上裸露部分。2.根据权利要求1所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特征在于：所述缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，AlN层设置在衬底上；InGaN层设置在GaN层上；所述InGaN层的厚度为100～200nm，MoSe2层的厚度为1～2nm。3.根据权利要求2所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特征在于：所述AlN层、AlGaN层和GaN层的厚度分别为350～450nm、650～700nm、4～5μm。4.根据权利要求1所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特征在于：衬底为Si衬底；所述阻隔层为Al2O3阻隔层。5.根据权利要求1所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特征在于：所述MoSe2层部分覆盖InGaN层是指MoSe2层在InGaN层上形成台阶状的水平台面；所述MoSe2层两端在InGaN层上都形成台阶状的水平台面；所述电极层的形状为叉指电极；所述电极层为金属电极层，具体为Ti/Au金属层，Ti/Au金属层为从下到上排布的Ti金属层和Au金属层，Ti层靠近阻隔层。6.根据权利要求5所述二硒化钼/InGaN多光谱光电探测器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，孔德麒，王文樑，陈亮，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：