[实用新型]一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器

说明书

本实用新型公开了一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器。所述光电探测器包括由下至上的衬底、底层石墨烯层、InGaN纳米柱阵列和与纳米柱阵列间形成肖特基接触的顶层石墨烯层，还包括位于纳米柱阵列一侧的第一Au金属层电极，以及位于纳米柱阵列另一侧的阻隔底层和顶层石墨烯层接触的SiO₂绝缘层，且第一Au金属层电极和SiO₂绝缘层均位于底层石墨烯层上方，第二Au金属层电极与SiO₂绝缘层通过顶层石墨烯层隔开。所述光电探测器对近红外、可见光至紫外光具有高的灵敏探测，同时具有超快的响应时间以及超高的光响应度的特点（响应时间80μs，响应度达到2.0×10⁴A/W）。

技术领域

本实用新型涉及紫外探测器的技术领域，特别涉及一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器。

背景技术

光电探测技术因具有良好的高光敏度、非视线通讯、低窃听率等优点，在军事和民用的各个领域有广泛用途。在近红外或可见光波段主要用于近红外遥感、工业自动控制、可见光通信等；在紫外波段主要用于导弹制导、紫外分析、明火探测和太阳照度检测等方面。第三代宽带隙半导体材料(包含GaN、AlN、InN以及三、四元化合物)，因其具有禁带宽度大、电子迁移速率快、热稳定性好和抗辐射能力强等特性使其十分适合于制作频率高、功率大、集成度高和抗辐射的电子器件，在发光二极管、光电探测器件和太阳电池等许多领域得到广泛应用。

InGaN材料具有宽禁带、直接带隙，其能够通过调节合金的组分，实现禁带宽度从0.7eV到3.4eV的连续可调谐，相当于截止波长为365nm到1770nm，这个特性使它能探测近红外、可见光至紫外波段的信号，且无需滤光系统和做成浅结。而InGaN一维纳米柱材料由于其独特的纳米结构诱导的量子约束效应，如增强的载流子迁移率、优异的光吸收/发射和几乎无位错密度等，成为近年来研究的热点。一方面，一维纳米柱巨大的表面体积比显著增加了光吸收，提高了光生载流子的密度。另一方面，低维纳米结构限制了电荷载流子的活性区域，缩短了载流子传输时间。尽管InGaN一维纳米阵列具有巨大的潜力，但这类纳米结构阵列基器件的加工制备和单片集成还相当复杂。传统的策略主要集中在纳米结构器件的平坦化，方法是用绝缘聚合物填补纳米柱阵列中的空白，或在沉积过程中将纳米柱顶部聚结在一起。这样可能会引入位错，从而限制器件的性能。因此，最具挑战性的问题是InGaN一维纳米阵列基器件的集成以及简单高效的微加工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器。其中，2D石墨烯作为一种柔性和透明的顶部/ 背面接触电极进行集成，同时作为这种纳米阵列结构外延生长的种子层衬底，由此实现InGaN一维纳米阵列基器件的。该光电探测器同时具有超快的响应时间以及超高的光响应度的特点。

本实用新型的目的至少通过如下之一的技术方案实现。

一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器，包括由下至上的衬底、底层石墨烯层、InGaN纳米柱阵列和与纳米柱阵列间形成肖特基接触的顶层石墨烯层，还包括位于纳米柱阵列一侧的第一Au金属层电极，以及位于纳米柱阵列另一侧的阻隔底层和顶层石墨烯层接触的SiO₂绝缘层，且第一Au金属层电极和SiO₂绝缘层均位于底层石墨烯层上方，第二Au金属层电极与SiO₂绝缘层通过顶层石墨烯层隔开。

进一步地，所述衬底的厚度为420～430μm。

进一步地，所述衬底为蓝宝石、Si或La_0.3Sr_1.7AlTaO₆。

进一步地，所述石墨烯层数为1～3层，厚度为3～5nm。