一种双异质结自驱动紫外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双异质结自驱动紫外光电探测器及其制备方法，取p型或n型GaN衬底；沿p型或n型GaN衬底和生长的2H

【技术实现步骤摘要】
一种双异质结自驱动紫外光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，涉及一种用于紫外的双异质结自驱动光电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]紫外光电探测器在军事、医疗、航天等领域得到广泛应用，紫外光被分为很多波段，其中320
‑
400nm紫外光被称为UVA波段，这部分紫外光穿透力极强，几乎可以全部达到地球表面，可能导致皮肤癌，所以对这个波段的紫外光的检测十分重要。
[0003]GaN为第三代宽禁带半导体，具有较高的吸光系数、热稳定性等优点，是一种紫外光电探测器的理想材料。但由于体积大，很难做成集成器件。而随着科技进步，逐渐追求紫外光电探测器的小型化、自供电、灵活性等。TMDC材料是2D vdw材料，带隙随层厚变化，具有许多前所未有的优点，像高载流子迁移率、低能量耗散、低暗电流、光电性能可调等等。但二维材料由于超薄特性，具有较弱的吸光率，并且对光生载流子的分离作用较差，限制了其应用在光电领域。2D/3D异质结可以克服这些缺点，实现增强光吸收和光生载流子分离，从而得到更高性能的紫外光电探测器。目前技术上高品质以及光电性能优异的2D/3D纵向异质结器件的选择和生长仍然是一项难题。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种双异质结自驱动紫外光电探测器件及其制备方法，在传统3D半导体光电探测器基础上引入2D半导体，用于实现集成器件，并通过增加第三层材料来提高此类器件的光电性能。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0006]本专利技术一方面，提供了一种双异质结自驱动紫外光电探测器的制备方法，包括：
[0007]选取经过抛光处理的p型或n型GaN衬底，将p型或n型GaN衬底固定在样品托上；
[0008]沿p型或n型GaN衬底上表面一侧遮挡钽片；
[0009]在超高真空环境中，通过分子束外延方法，控制Te与Mo的束流比和生长温度，在未遮挡钽片的p型或n型GaN衬底上表面生长连续的2H
‑
MoTe2薄膜，形成2D/3D异质结；
[0010]沿生长连续的2H
‑
MoTe2薄膜上表面一侧遮挡钽片；
[0011]在超高真空环境中，通过分子束外延方法，在未遮挡钽片的2H
‑
MoTe2薄膜上生长第三层2D vdw半导体材料，形成2D/2D异质结；
[0012]去掉p型或n型GaN衬底和2H
‑
MoTe2薄膜上表面的钽片，通过物理气相沉积方法，在p型或n型GaN衬底上表面、2H
‑
MoTe2薄膜上表面和2D vdw半导体材料上表面附上镂空掩模版，在镂空掩模版上镀Au电极，得到双异质结自驱动紫外光电探测器。
[0013]优选的，遮挡在p型或n型GaN衬底上的钽片的宽度为p型或n型GaN衬底长度的1/5，遮挡在2H
‑
MoTe2薄膜上的钽片的宽度为p型或n型GaN衬底长度的2/5。
[0014]优选的，分子束外延方法中的超高真空环境，真空度高于1
×
10
‑6Pa。
[0015]优选的，2H
‑
MoTe2薄膜厚度为5
‑
10nm，生长温度为340
‑
350℃；Te与Mo的束流比为10：1～20：1。
[0016]优选的，2D/3D异质结为窄带隙与宽带隙半导体异质结。
[0017]优选的，第三层2D vdw半导体材料为Te、MoS2、MoSe2、WTe2、WS2或WSe2。
[0018]优选的，第三层2D vdw半导体材料厚度为5
‑
10nm。
[0019]优选的，分别在GaN衬底上镀两个Au电极、2H
‑
MoTe2薄膜上镀四个Au电极、第三层2D vdw半导体材料上镀两个Au电极。
[0020]优选的，Au电极厚度为100～150nm。
[0021]本专利技术另一方面，提供了一种所述方法制备的双异质结自驱动紫外光电探测器。
[0022]该器件仅下两层异质结吸光，通过2D/3D窄带隙与宽带隙接触，实现仅对375nm波段左右的紫外光吸收。另外下面两层异质结为第Ⅱ类能带接触，有较大的内建电场有效促进了光生载流子的分离。该器件顶端或底端照射紫外光均有较高的响应度以及较低的暗电流，在0V偏压下有自驱动效应。另外该器件有两个输出端口，可以用来检测光响应信号。通过上面两层异质结测量，由于材料有更高的迁移率，并且可以调整光生载流子的输运路径，促进了光生载流子的分离、延长光生载流子寿命、提升光电探测器探测的光强范围。该紫外探测器可以应用于户外紫外检测等。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0024]1.对紫外光响应度强。由于GaN
‑
2H
‑
MoTe2为三维宽带隙与二维窄带隙半导体结合的异质结，抑制了对红外和可见光的响应，只对紫外光有响应。又因为形成了第Ⅱ类能带接触，可以快速将光生载流子分离。
[0025]2.有较低暗电流。三维宽带隙半导体与二维窄带隙半导体，形成较大的内建电场，促进光生载流子分离，限制暗电流大小。
[0026]3.有自驱动现象。在0V偏压时，对紫外光有较大的开关比，可以做自驱动器件。
[0027]4.双输出端口。可以通过GaN
‑
MoTe2两端和MoTe2‑
2D vdw材料两端测量光响应输出信号。
[0028]5.探测光强范围大。上面两层异质结对下两层异质结的光生载流子有分离作用，在上两层电极上加偏压，使光生电子在上面的回路中运动，限制光生电子与光生空穴的复合，延长了载流子的寿命，即使强光或者弱光下载流子也没有饱和。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0030]图1为双异质结自驱动紫外光电探测器示意图；
[0031]图2(a)
‑
(j)为双异质结自驱动紫外光电探测器制备流程图；
[0032]图3为其中一种双异质结器件p型Te/n型2H
‑
MoTe2/p型GaN的能带图；
[0033]图4为实施例1黑暗和375nm紫外在19.2mW/cm2光功率下，连接双异质结自驱动紫外光电探测器的电极1和电极3的I
‑
V图像；
[0034]图5为实施例1连接双异质结自驱动紫外光电探测器的电极6和电极8，用375nm波长19.2mW/cm2光功率的紫外激光照射，通过激光脉冲测出的I
‑
t图像。
具体实施方式
[0035]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双异质结自驱动紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：选取经过抛光处理的p型或n型GaN衬底，将p型或n型GaN衬底固定在样品托上；沿p型或n型GaN衬底上表面一侧遮挡钽片；在超高真空环境中，通过分子束外延方法，控制Te与Mo的束流比和生长温度，在未遮挡钽片的p型或n型GaN衬底上表面生长连续的2H
‑
MoTe2薄膜，形成2D/3D异质结；沿生长连续的2H
‑
MoTe2薄膜上表面一侧遮挡钽片；在超高真空环境中，通过分子束外延方法，在未遮挡钽片的2H
‑
MoTe2薄膜上生长第三层2D vdw半导体材料，形成2D/2D异质结；去掉p型或n型GaN衬底和2H
‑
MoTe2薄膜上表面的钽片，通过物理气相沉积方法，在p型或n型GaN衬底上表面、2H
‑
MoTe2薄膜上表面和2D vdw半导体材料上表面附上镂空掩模版，分别在镂空掩模版上镀Au电极，得到双异质结自驱动紫外光电探测器。2.根据权利要求1所述的一种双异质结自驱动紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，遮挡在p型或n型GaN衬底上的钽片的宽度为p型或n型GaN衬底长度的1/5，遮挡在2H
‑
MoTe2薄膜上的钽片的宽度为p型或n型GaN衬底长度的2/5。3.根据权利要求1所述的一种双异质结自驱动紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，分子束外延...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘毅，李雪妍，张一诺，王栋立，林煜楠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：