[發明專利]一種InGaN納米柱陣列基GSG型可調諧光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910544187.4
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110246913A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 李國強;鄭昱林;王文樑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/108;H01L31/18;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;隆翔鷹

本發明公開了一種InGaN納米柱陣列基GSG型可調諧光電探測器及其制備方法。所述光電探測器包括由下至上的襯底、底層石墨烯層、InGaN納米柱陣列和與納米柱陣列間形成肖特基接觸的頂層石墨烯層，還包括位于納米柱陣列一側的第一Au金屬層電極，以及位于納米柱陣列另一側的阻隔底層和頂層石墨烯層接觸的SiO₂絕緣層，且第一Au金屬層電極和SiO₂絕緣層均位于底層石墨烯層上方，第二Au金屬層電極與SiO₂絕緣層通過頂層石墨烯層隔開。所述光電探測器對近紅外、可見光至紫外光具有高的靈敏探測，同時具有超快的響應時間以及超高的光響應度的特點（響應時間<80μs，響應度達到2.0×10⁴A/W）。

技術領域

本發明涉及紫外探測器的技術領域，特別涉及一種InGaN納米柱陣列基GSG型可調諧光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測技術因具有良好的高光敏度、非視線通訊、低竊聽率等優點，在軍事和民用的各個領域有廣泛用途。在近紅外或可見光波段主要用于近紅外遙感、工業自動控制、可見光通信等；在紫外波段主要用于導彈制導、紫外分析、明火探測和太陽照度檢測等方面。第三代寬帶隙半導體材料（包含 GaN、AlN、InN以及三、四元化合物），因其具有禁帶寬度大、電子遷移速率快、熱穩定性好和抗輻射能力強等特性使其十分適合于制作頻率高、功率大、集成度高和抗輻射的電子器件，在發光二極管、光電探測器件和太陽電池等許多領域得到廣泛應用。

InGaN材料具有寬禁帶、直接帶隙，其能夠通過調節合金的組分，實現禁帶寬度從0.7 eV到3.4 eV的連續可調諧，相當于截止波長為365 nm到1770 nm，這個特性使它能探測近紅外、可見光至紫外波段的信號，且無需濾光系統和做成淺結。而InGaN一維納米柱材料由于其獨特的納米結構誘導的量子約束效應，如增強的載流子遷移率、優異的光吸收/發射和幾乎無位錯密度等，成為近年來研究的熱點。一方面，一維納米柱巨大的表面體積比顯著增加了光吸收，提高了光生載流子的密度。另一方面，低維納米結構限制了電荷載流子的活性區域，縮短了載流子傳輸時間。盡管InGaN一維納米陣列具有巨大的潛力，但這類納米結構陣列基器件的加工制備和單片集成還相當復雜。傳統的策略主要集中在納米結構器件的平坦化，方法是用絕緣聚合物填補納米柱陣列中的空白，或在沉積過程中將納米柱頂部聚結在一起。這樣可能會引入位錯，從而限制器件的性能。因此，最具挑戰性的問題是InGaN一維納米陣列基器件的集成以及簡單高效的微加工。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種InGaN納米柱陣列基GSG型可調諧光電探測器及其制備方法。其中，2D石墨烯作為一種柔性和透明的頂部/背面接觸電極進行集成，同時作為這種納米陣列結構外延生長的種子層襯底，由此實現InGaN一維納米陣列基器件的。該光電探測器同時具有超快的響應時間以及超高的光響應度的特點。

本發明的目的至少通過如下之一的技術方案實現。

一種InGaN納米柱陣列基GSG型可調諧光電探測器，包括由下至上的襯底、底層石墨烯層、InGaN納米柱陣列和與納米柱陣列間形成肖特基接觸的頂層石墨烯層，還包括位于納米柱陣列一側的第一Au金屬層電極，以及位于納米柱陣列另一側的阻隔底層和頂層石墨烯層接觸的SiO₂絕緣層，且第一Au金屬層電極和SiO₂絕緣層均位于底層石墨烯層上方，第二Au金屬層電極與SiO₂絕緣層通過頂層石墨烯層隔開。

進一步地，所述襯底的厚度為420~430 μm。

進一步地，所述襯底為藍寶石、Si或La_0.3Sr_1.7AlTaO₆。

進一步地，所述石墨烯層數為1~3層，厚度為3~5 nm。