[發明專利]含氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列的自供電探測器及制備方法

有效

• 申請號: 202011107111.4
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112382691B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 尹以安;李佳霖
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0224;H01L31/0336;H01L31/0352;H01L31/0392;H01L31/18
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 張鳳

本發明屬于光電探測器的技術領域，具體涉及一種含氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列的自供電探測器及制備方法。所述探測器的結構為依次排布的電極、柔性襯底、p型氮化鎵層、β?氧化鎵納米柱陣列以及電極，所述填充層包裹β?氧化鎵納米柱陣列的側面，用于填充β?氧化鎵納米柱陣列，所述β?氧化鎵納米柱陣列以及電極之間還包括石墨烯透明電極。本發明以氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列組成的異質結為器件核心，在氮化鎵薄膜上制備氧化鎵納米陣列，氧化鎵與氮化鎵之間的界面處存在小的晶格失配和低的導帶偏移，可以進一步提供高光電探測器的性能，且無需外接電源即可驅使探測器工作，進一步擴大探測器的使用范圍，在日盲紫外探測領域有著潛在的應用前景。

技術領域

本發明屬于光電探測器的技術領域，具體涉及一種含氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列的自供電探測器及制備方法。

背景技術

由于平流層臭氧具有很強的吸收能力，來自太陽的280nm以下的紫外線無法穿透大氣層到達地球表面，因此被稱為太陽盲區。所謂日盲光電探測器，就是在該區域工作的光電探測器。由于可以避免太陽輻射的干擾，所以可以在日光照射下準確探測到非常弱的信號。因此，日盲光電探測器具有許多潛在的應用，例如導彈警報和跟蹤，高壓電弧放電檢測，臭氧監測和非視距光通信等領域。

由于寬帶隙氧化物半導體材料具有帶隙大、溶液可加工、成本低廉、環保等特點，許多基于寬帶隙半導體的異質結結構已被證實可實現日盲光電探測器。眾所周知，光電探測器的實際應用需要快速的響應速度，高的信噪比，低的能耗和低的制造成本，且大多數探測器是光導型的，響應速度相對較慢，另外，通常需要外部能量供應來分離光生電子-空穴對，獲得期望的響應度，這不僅大大增加了裝置的尺寸和能量消耗，而且極大地限制了它們的使用范圍。因此，制備出一種無需外部電源即可運行的高性能自供電光電探測器十分重要。

發明內容

針對上述問題，為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種含氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列的自供電探測器及制備方法，提供一種無需消耗外部功率、靈敏度高以及響應速度快的自供電日盲光電探測器。

本發明的技術內容如下：

本發明提供一種含氮化鎵/氧化鎵納米柱陣列的自供電探測器，所述探測器為包括柔性襯底、p型氮化鎵層、β-氧化鎵納米柱陣列、填充層以及電極組成的結構；

所述探測器的結構為依次排布的電極、柔性襯底、p型氮化鎵層、β-氧化鎵納米柱陣列以及電極，所述填充層包裹β-氧化鎵納米柱陣列的側面，用于填充β-氧化鎵納米柱陣列；

所述β-氧化鎵納米柱陣列以及電極之間還包括石墨烯透明電極，所述石墨烯透明電極厚度為150-200nm；

所述柔性襯底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺襯底、聚丙烯己二酯襯底等透明導電的柔性襯底的一種，所述柔性襯底的厚度為70-80μm，透明導電的柔性襯底具有良好的光學透明性和低電阻率，使其作為柔性透明導電襯底可提高光電探測器件的柔性和光吸收率，獲得更高的靈敏度；

所述填充層(也稱介質層)的材料包括PMMA；

所述電極包括Ti/Au電極，其厚度為100-200nm；

所述p型氮化鎵層的生長結構依次為藍寶石襯底、GaN緩沖層、重摻雜n-GaN層和p型GaN層，所述GaN緩沖層、重摻雜n-GaN層和p型GaN的生長厚度分別為25-30nm、2-3μm和300-400nm。

所述β-氧化鎵納米柱陣列為以鎵金屬作為鎵蒸汽源通過CVD工藝垂直吸附在所述p型氮化鎵層上，p型氮化鎵與β-氧化鎵形成垂直結構的二維異質結；

所述β-氧化鎵納米柱的直徑為50-150nm，長度為1-1.5μm，利用氧化鎵納米柱陣列代替傳統的三維結構，不僅提高載流子遷移率，而且提高了光的吸收系數，使得光電探測器具有更高的靈敏度和更快的響應速度；