本發(fā)明涉及光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多孔氮化鎵(GaN)的紫外光電探測(cè)器及制備方法。

背景技術(shù)：

紫外光探測(cè)器是紫外預(yù)警系統(tǒng)，紫外成像系統(tǒng)的核心組成部分，氮化鎵是一種優(yōu)良的紫外光電探測(cè)器材料。在紫外探測(cè)領(lǐng)域，可應(yīng)用于可見(jiàn)光盲波段(小于380nm)的材料主要是硅(Si)。

Si的禁帶寬度為1.12eV左右，其光響應(yīng)波段覆蓋紫外光到可見(jiàn)光到近紅外光波段。因此，Si基探測(cè)器在用于紫外光探測(cè)時(shí)，其對(duì)可見(jiàn)光及近紅外光的光電響應(yīng)會(huì)成為一種強(qiáng)烈的背景噪聲。為了排除這種背景噪聲，用于紫外光探測(cè)的Si基光電探測(cè)器通常需要配合紫外濾波片使用。但濾波片引入會(huì)降低器件的響應(yīng)度，且增加器件的復(fù)雜性和成本，降低系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還會(huì)面對(duì)器件小型化及集成化的問(wèn)題。

GaN的禁帶寬度為3.43eV左右，這種寬禁帶使得GaN本身不會(huì)對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光有響應(yīng)，即GaN具有本征的紫外吸收窗口，不需要加入額外的濾波片。因此，基于GaN的紫外光電探測(cè)器在器件小型化及集成化上，比Si更具優(yōu)勢(shì)。

GaN是一種直接帶隙半導(dǎo)體，相比于間接帶隙的半導(dǎo)體Si，具有帶邊光吸收系數(shù)高，帶邊截止特性顯著的特點(diǎn)。

相比于Si，GaN具有更快的載流子飽和漂移速度，在紫外光波段具有更高的吸收系數(shù)。因此，GaN更有利于制作高頻高響應(yīng)度的紫外光電探測(cè)器。同時(shí)GaN還具有極高的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，并且具有較強(qiáng)的抗輻照能力，這使得GaN基光電探測(cè)器可在極端的條件下工作。

雖然GaN材料具有高的光吸收系數(shù)，但從目前報(bào)道過(guò)的GaN基光電探測(cè)器的性能來(lái)看，其量子效率，響應(yīng)度及探測(cè)度依然較低，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求，尤其是弱紫外光探測(cè)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器，以解決上述的至少一項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器，包括：

襯底；

緩沖層，位于所述襯底之上；

n型多孔氮化鎵層，位于所述緩沖層之上；

一對(duì)電極，分別疊置于所述型多孔氮化鎵層之上。

優(yōu)選地，所述n型多孔氮化鎵層中可以包含摻雜劑，摻雜劑包括硅烷。

優(yōu)選地，所述n型多孔氮化鎵層可以并入有Al組分。

優(yōu)選地，所述n型多孔氮化鎵層的多孔孔徑可以為1nm～100nm。

優(yōu)選地，所述緩沖層材料可以包括石墨烯、氮化鎵或氧化鋅。

優(yōu)選地，所述電極可以為鎳/金、鈦/金、鉑/金或鈦/鋁電極。

優(yōu)選地，所述電極形狀包括插指狀、圓柱狀、三角狀或長(zhǎng)方體狀。

優(yōu)選地，所述襯底的材料可以為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或者玻璃，襯底結(jié)構(gòu)為平面或圖形。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器的制備方法，包括：

S1、在襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

S2、在緩沖層上制備n型多孔氮化鎵層；

S3、在n型多孔氮化鎵層上生長(zhǎng)一對(duì)電極。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述n型多孔氮化鎵層可以通過(guò)對(duì)氮化鎵進(jìn)行電化學(xué)腐蝕或熱退火轉(zhuǎn)化得到。

(三)有益效果

多孔結(jié)構(gòu)的GaN具有極大的表面-體積比，而表面會(huì)引入表面態(tài)。因此在，GaN與金屬電極形成的肖特基結(jié)界面處會(huì)有大量的表面態(tài)密度。在多孔氮化鎵受到紫外光照射后，在這些界面處存在的大量表面態(tài)會(huì)捕獲大量光生空穴，并在界面集聚。這些大量集聚的光生空穴，會(huì)使得GaN與金屬形成的肖特基結(jié)勢(shì)壘高度大大降低，從而使得越過(guò)勢(shì)壘的熱電子大大增多，并得到極大的光電流。相比于常規(guī)的基于薄膜GaN材料的紫外光電探測(cè)器，這種基于多孔結(jié)構(gòu)的GaN基光電探測(cè)在有光照后，會(huì)有更強(qiáng)的光電響應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器橫截面掃描電子顯微鏡示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器在340nm的紫外光照射下的光響應(yīng)度及探測(cè)度隨電壓的變化曲線(xiàn)圖；

圖4為基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔氮化鎵紫外光電探測(cè)器的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器自下而上包括：襯底10、緩沖層11、n型多孔氮化鎵層12和一對(duì)電極13。

所述襯底10的材料為藍(lán)寶石、硅、碳化硅(SiC)或者玻璃，襯底10結(jié)構(gòu)為平面或圖形，本發(fā)明實(shí)施例中選擇碳化硅作為紫外光電探測(cè)器的襯底10。

所述緩沖層11位于所述襯底10之上，緩沖層11材料包括石墨烯、氮化鎵或氧化鋅。本發(fā)明實(shí)施例的緩沖層11的制備工藝為：以高純氨氣作為氮源，三甲基鎵或三乙基鎵作為Ga源，先低溫生長(zhǎng)GaN形核層，再高溫生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層。

所述n型多孔氮化鎵層12，位于所述緩沖層11之上；所述n型多孔氮化鎵層12中包含摻雜劑，摻雜劑包括硅烷。所述n型多孔氮化鎵層12通過(guò)對(duì)氮化鎵進(jìn)行電化學(xué)腐蝕或熱退火轉(zhuǎn)化得到。更進(jìn)一步地，所述n型多孔氮化鎵層12的孔徑優(yōu)選為1nm～100nm。此外，通過(guò)在n型多孔氮化鎵層12中并入Al組分，組成AlGaN三元化合物半導(dǎo)體。通過(guò)調(diào)節(jié)Al組分，可以調(diào)節(jié)AlGaN的禁帶寬度，使其可以實(shí)現(xiàn)日盲波段(小于280nm)的探測(cè)。

所述一對(duì)電極13，分別疊置于所述型多孔氮化鎵層之上，且互不連接。所述電極13為鎳/金(Ni/Au)、鈦/金(Ti/Au)、鉑/金(Pt/Au)或鈦/鋁(Ti/Al)電極。本發(fā)明實(shí)施例采用Ni/Au作為電極13。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器為金屬-半導(dǎo)體-金屬型光電探測(cè)器，電子從一電極流動(dòng)至n型多孔氮化鎵層12，最后流向另一電極。此外，所述電極13形狀包括插指狀、圓柱狀、三角狀或長(zhǎng)方體狀，優(yōu)選為插指狀，可以增強(qiáng)本實(shí)施例中金屬-半導(dǎo)體-金屬型光電探測(cè)器的電流流動(dòng)速度，增大電壓。

此外，其它可實(shí)施的器件結(jié)構(gòu)還包括肖特基勢(shì)壘型光電探測(cè)器及p-i-n型光電探測(cè)器。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器橫截面掃描電子顯微鏡示意圖，如圖2所示，圖2以500nm為參考比例，所述多孔GaN的橫截面的孔的形貌介于三角形和圓形之間，所述n型多孔氮化鎵層12的孔徑優(yōu)選為1nm～100nm。在本實(shí)施例中，GaN平均孔徑約為40nm。此外，所述多孔GaN形狀大小可以不一致，不均勻排列。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于多孔GaN的紫外光電探測(cè)器在340nm的紫外光照射下的光響應(yīng)度及探測(cè)度隨電壓的變化曲線(xiàn)圖，如圖3所示，所述紫外光電探測(cè)器(PD_A)在光功率密度為1.68毫瓦每平方厘米(mW/cm²)的340nm的紫外光照射下的光響應(yīng)度(Responsivity)及探測(cè)度(specific detectivity)隨電壓(Voltage)的變化曲線(xiàn)。在1V偏壓下，響應(yīng)度大于13000安培每瓦特(A/W)，探測(cè)度約為1.0×10¹⁴瓊斯(Jones)。由此可見(jiàn)，該基于多孔GaN的紫外光電探測(cè)器的光響應(yīng)度及探測(cè)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的GaN基光電探測(cè)器。

圖4為本發(fā)明實(shí)施的基于多孔氮化鎵的紫外光電探測(cè)器的制備方法流程圖，如圖4所示，包括：

S1、在襯底10上生長(zhǎng)緩沖層11；

S2、在緩沖層11上制備n型多孔氮化鎵層12；

S3、在n型多孔氮化鎵層12上生長(zhǎng)一對(duì)電極13。

其中，步驟S2的具體步驟為：先在緩沖層11上生長(zhǎng)n型氮化鎵層；將所述n型氮化鎵層通過(guò)電化學(xué)腐蝕或熱退火轉(zhuǎn)化得到n型多孔氮化鎵層12。其中，所述n型多孔氮化鎵層12中包含摻雜劑，摻雜劑包括硅烷。更進(jìn)一步地，所述n型多孔氮化鎵層12的孔徑優(yōu)選為1nm～100nm。此外，通過(guò)在n型多孔氮化鎵層12中并入Al組分，組成AlGaN三元化合物半導(dǎo)體。通過(guò)調(diào)節(jié)Al組分，可以調(diào)節(jié)AlGaN的禁帶寬度，使其可以實(shí)現(xiàn)日盲波段(小于280nm)的探測(cè)。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。