[發明專利]一種響應波長可調的紫外探測器

在審

• 申請號: 201410601733.0
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105633193A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 郭麗偉;陳小龍;趙萌;王文軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0336
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種響應波長可調的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探測器 及其制備方法，屬于光電器件技術領域。

背景技術

紫外探測技術是一項軍民兩用光電探測技術，在紫外制導、生化分析、 臭氧探測等方面都有廣泛的應用前景，尤其是日盲區(200nm–280nm)的 探測，可以在追蹤和探測目標時降低背景光通量的影響，提高信噪比和報警 準確率。目前應用較多的紫外探測器利用的是光電倍增管，但卻受限于體積 龐大、工作電壓高等缺點，而半導體激光器則因其功耗低、體積小的優勢成 為當今人們的研究熱點。

Ⅲ族氮化物作為寬禁帶直接帶隙半導體材料，具有高飽和電子漂移速 率、高熱導率、抗腐蝕等諸多優良的特點，在光電子器件領域有重要的應用 價值。Al_xGa_1-xN作為AlN與GaN的固溶體，可以通過調節Al組分x值(x 可為0到1之間的任意值)使得帶隙在3.4eV–6.2eV連續可調，其帶隙對 應的激發波長范圍覆蓋紫光波段到深紫外波段，利用這個特點可以實現對紫 外波段的選擇性探測。

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶體材料，具有優異 的熱學、力學和光電性能、大的比表面積、大的載流子遷移率以及良好的工 藝兼容性。因此，石墨烯被認為在后硅時代將會創造更多的輝煌。

將Al_xGa_1-xN具有紫外吸收波長可調的優勢與石墨烯高載流子遷移率的 優勢完美結合而設計的器件結構，將提供一種器件結構簡單、波長可調、靈 敏度高的紫外探測器。其器件工藝與現有技術兼容性好，有潛在的應用前景。

發明內容

鑒于當前紫外探測技術的發展現狀，本發明所要解決的技術問題是提供 一種器件工藝簡單、靈敏度高的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的新型紫外探測器 及其制備方法。本發明充分利用了紫外光可以在寬帶隙Al_xGa_1-xN合金半導 體中產生大量的光生載流子、該載流子在界面電場的作用下快速轉移到石墨 烯中，并引起石墨烯中光電流響應的優勢，與現有半導體工藝技術兼容性好， 有利于工業化生產。

一種響應波長可調的基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探測器，該探測器 包括支撐襯底(1)，所述支撐襯底(1)上形成有Al_xGa_1-xN(2)，所述 Al_xGa_1-xN(2)上形成有石墨烯層(3)，以及在所述石墨烯層(3)上形成 有兩端探測電極(4)，另外在所述兩端探測電極(4)上分別具有超聲鍵合 的電極引線(5)。

進一步地，所述支撐襯底(1)是藍寶石，SiC、GaN或AlN，以及其它 適合Al_xGa_1-xN生長的襯底。

進一步地，所述Al_xGa_1-xN層(2)上的所述石墨烯層(3)的層數在10 層以下。

進一步地，還包括一個具有通光窗口的封裝殼體，所述電極引線(5) 與封裝殼體的電極相連，紫外光可以通過通光窗口照射到所述Al_xGa_1-xN層 (2)和所述石墨烯層(3)上。

進一步地，所述兩端探測電極(4)是簡單的一組或多組兩端電極，或 者是一組或多組的叉指電極以及其它類似的電極。

本發明的優點在于：本發明提供的Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探測器， 充分利用了Al_xGa_1-xN對紫外光的高效吸收、界面處的界面電場對載流子的 快速轉移和石墨烯中載流子的快速遷移的諸多優勢，且其器件工藝與現有工 藝兼容性好，易于工業化應用。

附圖說明

圖1：基于Al_xGa_1-xN上石墨烯的紫外探測器的結構示意圖。其中(1)為支 撐襯底，(2)為Al_xGa_1-xN層，(3)為石墨烯層，(4)為兩端探測電極， (5)為電極上的引線。