[发明专利]一种基于核-壳纳米柱阵列的深紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于核‑壳纳米柱阵列的深紫外探测器及其制备方法。其中基于核‑壳纳米柱阵列的深紫外探测器包括衬底和位于衬底之上的氮化镓层，氮化镓层的上半部分形成氮化镓纳米柱阵列，氮化镓纳米柱阵列与包覆其上表面外的氧化镓构成核‑壳纳米柱阵列异质结；金属电极分别设在氮化镓层和氧化镓层表面的电极区域上，并形成肖特基接触。通过核‑壳异质结的形成可有效降低深紫外探测器的暗电流，提高器件的响应度，改善基于半导体异质结的光电探测器件性能。本发明提供的一种基于核‑壳纳米柱阵列的深紫外探测器，其结构简单，制备容易，便于规模化生产。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种基于核-壳纳米柱阵列的深紫外探测器及其制备方法。

背景技术

工作波长在“日盲区”(200～280nm)的深紫外光电探测器，具有强信号识辨能力和面对复杂环境的强抗干扰特性，在导弹制导、臭氧洞监测、生物医药分析，以及火灾成分检测等领域具有广阔的应用前景。然而，当前开发的深紫外光电探测器针对微弱光信号的识辨仍不够精确和灵敏，这对深紫外光电探测器的结构和性能提出了更高的要求。

基于铝镓氮/氮化镓、镁锌氧/氧化锌半导体异质结的深紫外探测器，凭借暗电流低、响应度高的优势，近年来成为紫外探测技术的研究热点之一。然而铝镓氮/氮化镓异质结存在较大的能带带阶，不利于光生载流子的快速分离和收集；镁锌氧/氧化锌异质结则面临着高镁组分镁锌氧材料结晶质量差、外延难度大的问题，一定程度上限制了所制备深紫外探测器的性能。氧化镓半导体材料有着4.9eV的超宽带隙且无需合金化，因此被认为是新一代深紫外光电探测器的理想制作材料。

中国发明专利申请201711020720.4公开了一种氧化镓相结纳米柱阵列及其制备方法，该方法通过将不同相的氧化镓构成相异质结纳米柱阵列，实现了载流子快速、有效地分离；但其本质上涉及不同种相的同种材料，所形成异质结构界面对性能提升不大明显，极大地限制了探测器的性能及应用。中国发明专利申请201810997396.X则提供一种基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器，该探测器由透明导电衬底上生长的不同种相氧化镓纳米柱阵列构成，其电化学制备过程、器件结构都较为复杂，并不利于大面积生产制作，难以实现产业化。

因此，亟待开发器件结构较为简单、性能较高的半导体异质结深紫外光电探测器及其制备方法，对完备基于半导体异质结的探测技术，以及提升紫外光电探测水平具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服当前基于半导体异质结所制备的深紫外探测器存在对暗电流抑制不够明显、器件结构复杂、制备工艺繁琐和不利于大面积生产制作等不足，提供一种基于核-壳纳米柱阵列的深紫外探测器及其制备方法，通过核-壳异质结的形成有效降低了深紫外探测器的暗电流，提高了器件的响应性能，改善了基于半导体异质结的光电探测器件性能，且制作工艺简单、成本较低，更有益于实现产业化。

本发明的第一技术方案如下：

一种基于核-壳纳米柱阵列的深紫外探测器，具有衬底和位于衬底之上的氮化镓层；所述氮化镓层的上半部分形成氮化镓纳米柱阵列，所述氮化镓纳米柱阵列与包覆其上表面外的氧化镓构成核-壳纳米柱阵列异质结、金属电极分别设在所述氮化镓层和所述氧化镓层表面的电极区域，并形成肖特基接触。

在推荐的实施方式中，所述衬底为同质衬底氮化镓单晶或异质衬底氮化铝单晶、蓝宝石、碳化硅、单晶硅中的任意一种。

在推荐的实施方式中，所述氮化镓层厚度为4-4.5μm。

在推荐的实施方式中，所述氮化镓/氧化镓异质结纳米柱直径为300nm-2um。

在推荐的实施方式中，所述氧化镓层厚度为10nm-300nm。

在推荐的实施方式中，所述金属电极为Ni/Au或Ti/Au或Cr/Au金属复合层中的任意一种。

本发明的第二技术方案如下：