[发明专利]一种透明导电结构的紫外波段可调光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于光电探测技术领域，公开了一种透明导电结构的紫外波段可调光电探测器及其制备方法，所述探测器的结构为依次排布的探测器衬底、石墨烯插入层、第一GaN层、AlGaN层、Ga₂O₃层、透明导电层，所述石墨烯插入层和透明导电层上设置有电极。有益效果：石墨烯作为插入层，其与GaN层通过范德华力键合，极大地缓解了与蓝宝石衬底的晶格常数失配，降低了位错密度，提高了外延层的生长质量；与常规GaN/AlGaN外延结构制备的光电探测器相比，加入梯状Ga₂O₃层，一方面Ga₂O₃层与透明导电层形成肖特基势垒减小暗电流，另一方面梯状Ga₂O₃层可以有效增大受光面积，配合石墨烯透明导电材料高迁移率特性增大了光电流。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种透明导电结构的紫外波段可调光电探测器及其制备方法。

背景技术

目前，紫外光根据波长可以分为远紫外UV-A(315-400nm)、中紫外UV-B(280-315nm)、短紫外UV-C(100-280nm)，不同波段在军用科技以及民用市场等通信和成像领域具有不同的价值。例如，在大气中的日盲区，可以利用导带尾焰对日盲紫外波段的辐射进行探测；在中紫外区域，可以进行天基紫外预警；在远紫外区域，可以进行近地面空中目标的紫外探测。而紫外探测根据材料本身禁带宽度可以决定吸收长波限，因此，可借此制备紫外波段可调的光电探测器。

GaN基光电探测器具有3.4eV的禁带宽度，具有高的光电转换效率，并且饱和电子漂移速度快且适用于大规模集成，其性能大大超过传统的紫外光电探测器。AlGaN结构的光电探测由于AlxGa1-xN合金中Al组分含量不同，其禁带宽度可分布在3.4-6.2eV，是天然的日盲材料。然而，GaN/AlGaN材料由于晶格常数以及热膨胀系数失配，会导致接触面处产生缺陷，导致界面附近的暗电流变大。当暗电流变大时会造成光电探测器在使用过程中失效，无法进行光波的探测。

单层石墨烯为六方形原子排列结构，其与氮化物通过范德华力键合，可有效缓解晶格常数失配，且载流子迁移率高，具有很强的导电能力，能够有效提高器件的响应度。然而在制备和转移石墨烯结构的过程中易产生缺陷，导致石墨烯的透明导电能力下降，进而导致光电流减小。

因此需要对现有的光电探测器的结构进行改进，克服由于GaN/AlGaN外延结构晶格常数失配导致暗电流较大以及石墨烯转移过程中导电性能变差的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种新的透明导电结构的紫外波段可调光电探测结构，克服GaN/AlGaN材料由于晶格常数失配，导致接触面处产生缺陷，使界面附近的暗电流变大，造成光电探测器失效、石墨烯薄膜转移过程中导电性能变差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种透明导电结构的紫外波段可调光电探测器，所述探测器的结构为依次排布的探测器衬底、石墨烯插入层、第一GaN层、AlGaN层、Ga₂O₃层、透明导电层，所述石墨烯插入层和透明导电层上设置有电极。

进一步的，所述透明导电层为石墨烯-银纳米线结构。

进一步的，所述探测器衬底为蓝宝石衬底。

进一步的，所述Ga₂O₃层为梯状，且Ga₂O₃的晶体结构为β-Ga₂O₃。

进一步的，所述石墨烯插入层和透明导电层表面分别设置有第一电极和第二电极。

进一步的，所述光电探测器探测波长位于紫外波段，当外加偏置电压改变时，所述光电探测器对不同波长的紫外光波段进行探测。