一种自驱动光电探测器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种自驱动光电探测器及其制备方法和应用。本发明专利技术的自驱动光电探测器包括依次层叠设置的衬底、InN/InGaN缓冲层和n

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动光电探测器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光电探测
，具体涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]III族氮化物半导体材料具有优良的光学、电学、热学、化学和机械性能，因而Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件得到了广泛应用。InGaN材料是第三代半导体材料的研究热点之一，其具有电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好等优点，且可以通过调整合金中In的含量实现禁带宽度从0.7eV到3.4eV的连续调节。InGaN材料制成的InGaN基紫外
‑
可见光电探测器能够探测紫外及可见光波段，相比传统的光电探测器具有体积小、易携带、易集成、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势，应用前景十分广阔。
[0003]目前，已经有研究人员采用GaN/InGaN材料制备出了紫外
‑
可见开关比超过8
×
103、暗电流密度低于10
‑7A/cm2、在10V电压下峰值响应度超过8A/W的紫外
‑
可见光电探测器，其性能十分优异。然而，由于GaN/InGaN材料表面存在悬挂键，该光电探测器的暗电流仍较高，而且，该光电探测器需要外加电源才可以进行工作，此外，由于InGaN材料易发生相分离，导致器件的制备困难，不利于进行实际应用。综上可知，现有的InGaN基紫外
‑
可见光电探测器尚难以完全满足日益增长的实际应用要求。
[0004]因此，开发一种综合性能更加优异、具有自驱动效应的光电探测器具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种自驱动光电探测器及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种自驱动光电探测器，其包括依次层叠设置的衬底、InN/InGaN缓冲层和n
‑
InGaN层，还包括设置在n
‑
InGaN层远离InN/InGaN缓冲层那一面的2D GaS层、第一金属电极和Ag纳米颗粒层；所述InN/InGaN缓冲层包含层叠设置的InN缓冲层和InGaN缓冲层，InN缓冲层与衬底接触，InGaN缓冲层与n
‑
InGaN层接触；所述2D GaS层远离n
‑
InGaN层的那一面还设置有第二金属电极；所述n
‑
InGaN层与2D GaS层形成Ⅱ型异质结，且界面上形成内建电场。
[0008]优选的，所述衬底为蓝宝石衬底。
[0009]优选的，所述衬底的厚度为450μm～460μm。
[0010]优选的，所述InN缓冲层的厚度为350nm～400nm。
[0011]优选的，所述InGaN缓冲层的厚度为500nm～650nm。
[0012]优选的，所述n
‑
InGaN层中掺杂有Si，掺杂浓度为1.0
×
10
18
cm
‑3～5.0
×
10
18
cm
‑3。
[0013]优选的，所述n
‑
InGaN层的厚度为150nm～200nm。
[0014]优选的，所述2D GaS层的厚度为5nm～8nm。
[0015]优选的，所述第一金属电极包含层叠设置的Ni层和Au层，Ni层与n
‑
InGaN层接触。
[0016]优选的，所述Ni层的厚度为70nm～110nm。
[0017]优选的，所述Au层的厚度为70nm～110nm。
[0018]优选的，所述第一金属电极呈半球形。
[0019]优选的，所述第二金属电极包含层叠设置的Ni层和Au层，Ni层与2D GaS层接触。
[0020]优选的，所述Ni层的厚度为70nm～110nm。
[0021]优选的，所述Au层的厚度为70nm～110nm。
[0022]优选的，所述第二金属电极呈半球形。
[0023]一种如上所述的自驱动光电探测器的制备方法包括以下步骤：
[0024]1)采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)技术在衬底上依次生长InN缓冲层、InGaN缓冲层和n
‑
InGaN层；
[0025]2)采用CVD(化学气相沉积)技术在n
‑
InGaN层上的一侧生长2D GaS层，再进行光刻在n
‑
InGaN层上形成第一金属电极制备区域以及在2D GaS层上形成第二金属电极制备区域，再进行蒸镀形成第一金属电极和第二金属电极；
[0026]3)采用真空蒸镀技术在n
‑
InGaN层上的另一侧蒸镀沉积Ag薄膜，再进行退火形成Ag纳米颗粒层，即得自驱动光电探测器。
[0027]优选的，步骤1)所述InN缓冲层的生长温度为600℃～800℃。
[0028]优选的，步骤1)所述InGaN缓冲层的生长温度为700℃～900℃。
[0029]优选的，步骤1)所述n
‑
InGaN层的生长温度为700℃～900℃。
[0030]优选的，步骤2)所述光刻的具体操作为：先涂覆光刻胶，再烘干后进行曝光和显影。
[0031]优选的，所述烘干的时间为35s～45s。
[0032]优选的，所述曝光的时间为5s～10s。
[0033]优选的，所述显影的时间为35s～45s。
[0034]优选的，步骤2)中进行光刻后还对形成的第一金属电极制备区域和第二金属电极制备区域进行了氧等离子体处理。
[0035]优选的，所述氧等离子体处理的时间为90s～180s。
[0036]优选的，步骤2)所述蒸镀的速率为0.20nm/min～0.24nm/min。
[0037]优选的，步骤3)所述蒸镀的速率为0.30nm/min～0.40nm/min。
[0038]优选的，步骤3)所述退火在600℃～650℃下进行。
[0039]一种紫外
‑
可见光电探测装置，其包含上述自驱动光电探测器。
[0040]本专利技术的自驱动光电探测器的设计思路如下：
[0041]1)设计自驱动光电探测器的外延结构：针对InGaN材料与衬底之间的晶格失配(>16.1％)和热失配(>34.2％)较大因而容易导致的高密度缺陷和裂纹的问题，通过设计InN缓冲层和InGaN缓冲层来有效控制外延层的应力以及缺陷密度，从而提高InGaN材料的质量；
[0042]2)采用MOCVD技术在衬底上生长高质量的InGaN材料：通过MOCVD技术先在衬底上高温生长InN/InGaN缓冲层，再生长n
‑
InGaN层，抑制相分离，实现高质量InGaN材料的生长；
[0043]3)自驱动光电探测器及其异质结的优化设计：设计自驱动光电探测器的器件结
构，利用2D 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动光电探测器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、InN/InGaN缓冲层和n
‑
InGaN层，还包括设置在n
‑
InGaN层远离InN/InGaN缓冲层那一面的2D GaS层、第一金属电极和Ag纳米颗粒层；所述InN/InGaN缓冲层包含层叠设置的InN缓冲层和InGaN缓冲层，InN缓冲层与衬底接触，InGaN缓冲层与n
‑
InGaN层接触；所述2D GaS层远离n
‑
InGaN层的那一面还设置有第二金属电极；所述n
‑
InGaN层与2D GaS层形成Ⅱ型异质结，且界面上形成内建电场。2.根据权利要求1所述的自驱动光电探测器，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底；所述衬底的厚度为450μm～460μm。3.根据权利要求1所述的自驱动光电探测器，其特征在于：所述InN缓冲层的厚度为350nm～400nm；所述InGaN缓冲层的厚度为500nm～650nm。4.根据权利要求1所述的自驱动光电探测器，其特征在于：所述n
‑
InGaN层中掺杂有Si，掺杂浓度为1.0
×
10
18
cm
‑3～5.0
×
10
18
cm
‑3；所述n
‑
InGaN层的厚度为150nm～200nm。5.根据权利要求1所述的自驱动光电探测器，其特征在于：所述2D GaS层的厚度为5nm～8nm。6.根据权利要求1～5中任意一项所述的自驱动光电探测器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文樑，卜俊飞，郑旭阳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：