[發明專利]石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202211039319.6
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115411132A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王文樑;林廷鈞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/18;H01L31/0336;H01L31/0224;G01J4/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 戴曉琴

本發明公開了一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器及其制備方法與應用，所述石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器包括從下到上依次排布的襯底、緩沖層、非極性GaN層和Ti/Au金屬電極層，以及覆蓋在非極性GaN層上的隔離層、石墨烯層和Au金屬電極層；其中，在非極性GaN層的一側上覆蓋Ti/Au金屬電極層，在另一側上覆蓋隔離層；石墨烯層部分覆蓋在隔離層上，部分覆蓋在非極性GaN層上，且石墨烯層不與Ti/Au金屬電極層接觸；Au金屬電極層覆蓋在隔離層上的石墨烯層上；石墨烯與非極性GaN形成石墨烯/非極性GaN異質結。本發明提供的石墨烯/非極性GaN異質結構，實現了紫外光偏振探測，減少器件的暗電流與噪聲。

技術領域

本發明屬于光電探測器領域，具體涉及一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器及其制備方法與應用。

背景技術

不同波段的紫外光電器件，可實現在不同領域(國防、軍事、醫療等)的應用，如UVA(400～320nm)波段器件可用于紫外固化等，UVB(320～280nm)波段器件可用于紫外光療等，UVC(280～200nm)波段器件可用于紫外預警等，在國民經濟和社會發展中起著重要作用。

偏振作為光的一種特殊屬性，在光束與物質相互作用之后，其偏振態會發生變化。利用偏振光這一特性制備的偏振探測器可以實現對目標表面特征的探測，例如形狀、表面朝向、粗糙度等，同時還能提高目標的對比度，減少光干擾，有利于對目標的探測和識別。

隨著紫外光電市場的發展，具有偏振特性的紫外線展現出了廣闊的發展前景。目前已經實現了偏振紫外光在有機物薄膜表面改性、大氣探測、星空探測、地雷探測等領域的應用。因此實現紫外偏振光探測技術在民用、工業制造、航空航天、國防軍工都有強烈的需求。

非極性GaN由于具有各項異性、電子遷移率高、化學穩定性好等特點，是制備紫外偏振光探測器的最具潛力的候選者之一。但目前由于非極性GaN大都采用異質外延工藝，由于晶格失配和熱失配等因素，導致非極性GaN缺陷密度過大，限制了非極性GaN紫外偏振探測器的發展。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本發明針對非極性GaN紫外偏振探測器響應度過小的問題，提供一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器及其制備方法與應用，利用石墨烯具有透光性好、導電性好等優點，與非極性GaN構成異質結可以形成內建電場，促進載流子分離，提高器件的響應性能，在實現紫外偏振光探測的同時，提高器件的光電流與響應度，減少器件的暗電流與噪聲。

本發明的第一個目的在于提供一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器。

本發明的第二個目的在于提供一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器的應用。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種石墨烯/非極性GaN紫外偏振探測器，包括從下到上依次排布的襯底、緩沖層、非極性GaN層和Ti/Au金屬電極層，以及覆蓋在非極性GaN層上的隔離層、石墨烯層和Au金屬電極層；其中，所述Ti/Au金屬電極層覆蓋在非極性GaN層的一側上，所述隔離層覆蓋在非極性GaN層的另一側上；所述石墨烯層部分覆蓋在隔離層上，部分覆蓋在非極性GaN層上，且石墨烯層不與Ti/Au金屬電極層接觸；所述Au金屬電極層覆蓋在隔離層上的石墨烯層上；所述石墨烯層和非極性GaN層形成石墨烯/非極性GaN功能層。

進一步的，所述緩沖層包括生長在襯底上的AlN層和生長在AlN層上的AlGaN層，厚度分別為50～150nm和250～400nm。

進一步的，所述非極性GaN層為a面GaN或m面GaN，厚度為1～3μm。

進一步的，所述石墨烯層為單層或三層。