[发明专利]一种基于二维晶格的紫外单波长MSM光电探测器

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，涉及一种金属-半导体-金属（MSM）光电探测器，尤其涉及一种基于二维晶格的紫外单波长MSM光电探测器。

背景技术

紫外探测技术在军事和民用领域有着广阔的应用前景。其在军事方面，可用于导弹制导、导弹预警、紫外通讯等；在民用方面，可用于火焰检测、环境监测、生物医药分析等，已成为近年来国际上光电探测技术的研究热点之一。紫外探测技术常见的固态探测器的结构包括金属-半导体-金属（MSM）、光电导、p-i-n型等结构。相比之下，MSM结构凭借电容小、平面型、无需掺杂、制备工艺简单、便于单片光电集成等诸多优点备受青睐。

当前，人们开发日盲紫外200～280nm波段MSM光电探测器主要基于Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体。其中由GaN和AlN构成的三元混晶Al_xGa_1-xN材料禁带宽度随Al组分可以从3.4eV调控到6.2eV，对应的吸收带边可连续地从365nm变化到200nm，因此被视为制作日盲区紫外探测器的理想材料。然而，常规的Al_xGa_1-xN基半导体紫外光电探测器对于波长短于吸收带边的紫外光均会响应（A.Knigge,et.al,“AlGaN photodetectors for the UV-C spectral region on planar and epitaxial laterally overgrown AlN/sapphire templates,”Physica Status Solidi(C),vol.10,no.3,pp.294-297,Mar.2013.;F.Xie,et.al,“Large-area solar-blind AlGaN-based MSM photodetectors with ultra-low dark current,”Electronics Letters,vol.47,no.16,p.930,2011.）而对该响应范围内特定波长的紫外光信号不具分辨和探测能力，制约了半导体紫外光电探测器的应用；另一方面，由于高Al组分Al_xGa_1-xN（x>0.4）薄膜外延生长技术尚不成熟，生长的薄膜缺陷密度高（Y.-L.Tsai,et.al,“Observation of compositional pulling phenomenon in Al_xGa_1-xN(0.4<x<1.0)films grown on(0001)sapphire substrates,”Applied Physics Letters,vol.82,no.1,p.31,2003.），制约着Al_xGa_1-xN基紫外光电探测器往短波长方向的发展。

近来，基于二维晶格材料研制新型光电探测器受到了越来越多的关注。二维晶格是指一种只有单个或几个原子层厚度的二维材料，其电子结构呈分立的量子态，且有效带隙比其体材料禁带宽度更宽，因此基于二维晶格材料的紫外光电探测器将有利于克服常规Al_xGa_1-xN基光电探测器存在的上述问题，为研发新型日盲紫外光电探测器带来新契机。

发明内容

本发明的目的旨在克服当前Al_xGa_1-xN基紫外MSM光电探测器的不足，提供一种利用量子限制效应实现可调控单波长、且更容易发挥量子能级态密度高这一优势的基于二维晶格的紫外单波长MSM光电探测器。

本发明包括衬底、具有量子能级的二维晶格和金属叉指电极；

所述二维晶格在衬底上交替生长，交替生长的周期为至少20个；每个交替生长周期的二维晶格由第一介质膜层与第二介质膜层形成，第一介质膜层的禁带落在第二介质膜层的禁带中，成为半导体Ⅰ类超晶格，第一介质膜层作为势阱，第二介质膜层作为势垒，金属叉指电极与二维晶格形成肖特基接触。

所述衬底可为同质衬底或异质衬底；所述同质衬底可为氮化镓或氮化铝单晶等；所述异质衬底可为蓝宝石或碳化硅等。

所述交替生长的周期可为20～200个；优选80～110个。

所述第一介质膜层可为氮化镓单晶或铝镓氮混晶等。

所述第二介质膜层可为氮化铝单晶或铝镓氮混晶等。

所述金属叉指电极可为钛/金、镍/金或钛/铂/金组合等。