CN219800871U - 一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及紫外光探测器的技术领域，具体公开了一种2D h‑BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，包括由下至上依次包括：Si衬底层、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层、n‑Al0.8Ga0.2N层；n‑Al0.8Ga0.2N层上有SiO2窗口层、2D h‑BN层、第一金属电极；2D h‑BN层上有第二金属电极。采用2D h‑BN层与n‑Al0.8Ga0.2N层构成Ⅱ型结异质结结构，在界面上形成内建电场，实现自驱动，增大光电流、减小的暗电流，提高了紫外光探测器的响应度及稳定性，拓宽了使用温度范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及紫外光探测器的技术领域，具体地，涉及一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器。
背景技术
Ⅲ族氮化物半导体材料拥有优良的光学、电学、热学、化学、机械性能，目前，Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件也得到了广泛研究。作为第三代半导体材料研究热点之一的AlGaN材料电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好；并且可通过调整合金中Al的组分，实现禁带宽度从3.4eV到6.2eV的连续调节，从而使得AlGaN光电探测器能够覆盖大部分紫外光波段，相比传统探测器具有体积小、易携带、易集成、工作电压低、节能环保、无需滤光系统的优势，但同时也存在相分离导致的制备困难、器件响应度低的问题。
近年来，继石墨烯后，二维材料逐渐得到发掘，其层厚仅为几个原子层，同时相比于体材料具有优异的电学、光学、机械性能，因此在催化、微电子、离子储存、光电子学领域的巨大潜力得到了研究发展。在这其中，2D h-BN受到了不少的关注：首先，由B和N原子交替排列组成的h-BN具有高相对介电常数(3～5左右)；其次，它具有宽禁带(4～6eV)、优异的化学稳定性、热稳定性、高导热性等特点，适合于广阔的温度范围以及复杂的环境条件；最后，无悬挂键的原子级平滑表面使得将其引入光电探测器后，可以大大降低暗电流的大小，提高探测性能。如专利一种AlGaN/h-BN多量子阱结构的深紫外LED及其制备方法，公开了自下而上依次包括：衬底、AlN模板层、n型AlxGa1-xN层、AlyGa1-yN/h-BN多量子阱层、p型AlzGa1-zN层、p型GaN接触层。AlyGa1-yN/h-BN多量子阱层包括：AlyGa1-yN量子阱层和h-BN量子垒层；其中，AlyGa1-yN量子阱层中Al组分y的范围为0.5≤y≤0.7，厚度为2-4nm；h-BN量子垒层的厚度为5-10nm。该专利能够改善深紫外LED空穴注入困难、电子泄漏、失配应力的问题，从而提高深紫外LED发光效率。
并且，有研究人员采用GaN/AlGaN多量子阱材料制备的紫外光探测器，响应时间为300ms，暗电流为10-7A，在12V电压下，峰值响应度达到4.56A/W的响应度；但由于材料表面存在悬挂键，器件暗电流仍较高；其次，该探测器需要外加电源才可以进行工作。
实用新型内容
为克服上述现有技术存在的材料表面存在悬挂键，器件暗电流仍较高，且探测器需要外加电源的技术问题；本实用新型提供一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器。通过引入缓冲层提升AlGaN材料质量，通过采用2D h-BN层与n-Al0.8Ga0.2N层构成Ⅱ型结异质结结构，实现光生载流子的有效分离，从而获得器件自驱动效应，大幅提升器件的响应度及灵敏度；通过引入h-BN，抑制量子隧穿效应，减少由此产生的暗生载流子；同时由于二维生长材料表面无悬挂键，降低了暗电流，使得2D h-BN层与AlGaN材料相结合，提高了探测器的性能水平，此外，2D h-BN具有优良的化学稳定性，可以提高探测器的稳定性、拓宽工作温度范围。
通过引入缓冲层提升AlGaN材料质量，探测器获得自驱动性能，具有提高外量子效率，加快响应速度，提升稳定性和灵敏度的优点；宽带隙的AlGaN半导体在不借助紫外滤波器的情况下拥有优良的紫外信号探测性能，可作为日盲光电探测器进一步拓宽适用范围；且2D h-BN具有原子尺度的平整表面，没有悬挂键和电荷杂质，加入纳米尺寸的2D h-BN可有效降低暗电流并减少由于量子隧穿效应而产生的载流子数目，进而提高探测器的性能；2D h-BN具有化学稳定性，从而提高探测器的稳定性、拓宽探测器的使用温度范围。
结构设计方面，采用2D h-BN层与n-Al0.8Ga0.2N层构成Ⅱ型结异质结结构，在表面形成内建电场的同时，实现光生载流子的有效分离，获得更大的光电流，提高响应度；采用半圆形截面电极结构，一方面使得金属电极与n-Al0.8Ga0.2N层接触更加充分，另外一方面，半圆形截面电极可以保证电流流过电极时更好的均匀性，提高探测器的稳定性；引入SiO2窗口层，用于接收探测光源，同时为了保证与h-BN的紧密结合，在n-Al0.8Ga0.2N层上方采用了SiO2窗口层，并将h-BN转移到SiO2窗口层孔内，有利于光电探测器的稳定工作；最终提高紫外光探测器的响应度及稳定性。
由于AlGaN材料自身容易发生相分离，采用MOCVD方法在AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层上生长n-Al0.8Ga0.2N层，通过LPCVD沉积2D h-BN层后湿法转移2D h-BN至n-Al0.8Ga0.2N层制备紫外光探测器具有以下突出优势；一、MOCVD适合大面积材料生长，可获得大面积AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层和n-Al0.8Ga0.2N层；二、采用缓冲层结构，降低晶格失配，且AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层和n-Al0.8Ga0.2N层为薄层，可降低相分离，可提升AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层和n-Al0.8Ga0.2N层质量；三、设计Ⅱ型异质结结构，通过内建电场使器件获得自驱动能力，同时大幅提升器件响应度、灵敏度等参数，从而提高紫外光探测器的性能；四、稳定性高，拓宽了工作温度范围，工作环境的适应性得到改善。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层、n-Al0.8Ga0.2N层；所述n-Al0.8Ga0.2N层上有SiO2窗口层、2D h-BN层、第一金属电极；所述2D h-BN层上有第二金属电极；
所述2D h-BN层与n-Al0.8Ga0.2N层构成Ⅱ型结异质结结构。
进一步地，SiO2窗口层中部设有孔，所述2D h-BN层位于SiO2窗口层的孔内，且SiO2窗口层和2D h-BN层不接触。SiO2窗口层为正方形，且SiO2窗口层的孔为正方形。
进一步地，所述第一金属电极7-2位于SiO2窗口层外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层不接触。
进一步地，所述AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，所述AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
进一步地，所述Si衬底层1的厚度为450～460μm。
进一步地，所述AlGaN层的厚度为300～400nm，所述Al0.8Ga0.2N层的厚度为450～650nm。AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
进一步地，所述Al0.8Ga0.2N缓冲层的厚度为1.0～2.0μm。Al0.8Ga0.2N缓冲层的长宽尺寸为5mm×10mm。
进一步地，所述n-Al0.8Ga0.2N层的厚度为140～200nm；所述SiO2窗口层的厚度为70～130nm；所述2D h-BN层的厚度为。所述n-Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸为5mm×10mm，所述2D h-BN层的长宽尺寸为3mm×3mm。
进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极为Ni/Ag金属层电极，所述Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，所述Ni层位于Ag层的下方，所述Ni层和Ag层的厚度分别为80～120nm。
进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极为实心半球形，且第一金属电极的和第二金属电极的半径为1.5mm。第一金属电极为阳极，第二金属电极为阴极。
上述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)用MOCVD在Si衬底层上由下至上依次生长AlGaN层、Al0.8Ga0.2N层、Al0.8Ga0.2N缓冲层和n-Al0.8Ga0.2N层；
(2)采用LPCVD技术在另一Si衬底层上生长2D h-BN层；
(3)采用PECVD法在步骤(1)所述n-Al0.8Ga0.2N层上沉积SiO2窗口层，将步骤(2)得到的的2D h-BN层进行湿法转移至n-Al0.8Ga0.2N层上；
(4)首先将n-Al0.8Ga0.2N层和步骤(3)得到的2D h-BN层进行匀胶，并烘干，然后进行曝光，并显影，最后经过氧离子处理，实现光刻操作；
(5)将步骤(4)得到的n-Al0.8Ga0.2N层进行蒸镀第二金属电极，对2D h-BN进行蒸镀第一金属电极，得到2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器。
步骤(1)所述AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，所述AlGaN层的生长厚度为300～400nm，所述Al0.8Ga0.2N层的生长厚度为450～650nm，长宽尺寸均为5mm×10mm；
所述Al0.8Ga0.2N缓冲层的生长厚度为1.0～2.0μm，长宽尺寸为5mm×10mm；
所述n-Al0.8Ga0.2N层的生长厚度为140～200nm，长宽尺寸为5mm×10mm。
步骤(2)所述h-BN层的生长厚度为长宽尺寸为3mm×3mm。
步骤(3)所述沉积SiO2窗口层的厚度为70～130nm，所述窗口层的孔规格为4mm×4mm，所述SiO2窗口层外尺寸的规格为5mm×5mm。
步骤(5)所述蒸镀的第一金属电极和第二金属电极，二者的Ni层和Ag层的厚度分别为80～120nm，第一金属电极和第二金属电极为半径1.5mm的半球形。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
本实用新型所述的紫外光探测器通过引入缓冲层提升AlGaN材料质量，通过采用2Dh-BN层与n-Al0.8Ga0.2N层形成Ⅱ型结异质结结构，在异质结界面处建立内建电场，电子向2Dh-BN层迁移，空穴向n-Al0.8Ga0.2N层迁移，实现光生载流子的有效分离和传输，产生更大光电流，从而获得器件自驱动效应，大幅提升器件的响应度及灵敏度；通过引入h-BN，抑制量子隧穿效应，减少由此产生的暗生载流子；同时由于二维生长材料表面无悬挂键，降低了暗电流，使得2D h-BN层与n-Al0.8Ga0.2N层相结合，提高了探测器的性能水平，此外，2D h-BN层具有优良的化学稳定性，可以提高探测器的稳定性、拓宽工作温度范围；
通过优化探测器的参数，增强电极对光生载流子的收集能力，提升紫外光波段的量子效率；在异质结界面进行界面改性，有效实现异质结构的可控性，提高探测灵敏度。
附图说明
图1为本实用新型的结构剖面示意图；
图2为本实用新型的结构俯视图；
图3为实施例1制备的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器在无外加偏压下的光谱响应图；
图4为实施例1制备的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器在不同光强下外加偏压的响应曲线。
其中，1、Si衬底层；2、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层；3、Al0.8Ga0.2N缓冲层；4、n-Al0.8Ga0.2N层；5、SiO2窗口层；6、2D h-BN层；7-1、第二金属电极；7-2、第一金属电极。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3、n-Al0.8Ga0.2N层4；n-Al0.8Ga0.2N层4上有SiO2窗口层5、2D h-BN层6、第一金属电极7-2；2D h-BN层6上有第二金属电极7-1；
2D h-BN层6与n-Al0.8Ga0.2N层4构成Ⅱ型结异质结结构。
SiO2窗口层5中部设有孔，2D h-BN层6位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和2D h-BN层6不接触。SiO2窗口层5为正方形，SiO2窗口层5的孔为正方形。
第一金属电极7-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层5不接触。
AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
Si衬底层1的厚度为450～460μm。
AlGaN层的厚度为300～400nm，Al0.8Ga0.2N层的厚度为450～650nm，AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的厚度为1.0～2.0μm，且长宽尺寸为5mm×10mm。
n-Al0.8Ga0.2N层4的厚度为140～200nm，n-Al0.8Ga0.2N层4的长宽尺寸为5mm×10mm；SiO2窗口层5的厚度为70～130nm；2D h-BN层6的厚度为2D h-BN层6的长宽尺寸为3mm×3mm。
第一金属电极7-2和第二金属电极7-1为Ni/Ag金属层电极，Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，Ni层位于Ag层的下方，Ni层和Ag层的厚度分别为80～120nm。
第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1为实心半球形，且第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1的半径为1.5mm。第一金属电极7-2为阳极，第二金属电极7-1为阴极。
上述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)用MOCVD在Si衬底层1上由下至上依次生长AlGaN层、Al0.8Ga0.2N层、Al0.8Ga0.2N缓冲层3和n-Al0.8Ga0.2N层4；
(2)采用LPCVD技术在另一Si衬底层1上生长2D h-BN层6；
(3)采用PECVD法在步骤(1)n-Al0.8Ga0.2N层4上沉积SiO2窗口层5，将步骤(2)得到的的2D h-BN层6进行湿法转移至n-Al0.8Ga0.2N层4上；
(4)首先将n-Al0.8Ga0.2N层4和步骤(3)得到的2D h-BN层6进行匀胶，并烘干，然后进行曝光，并显影，最后经过氧离子处理，实现光刻操作；
(5)将步骤(4)得到的n-Al0.8Ga0.2N层4进行蒸镀第二金属电极7-1，2D h-BN层6进行蒸镀第一金属电极7-2，得到2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器。
步骤(1)AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层的生长厚度为300～400nm，Al0.8Ga0.2N层的生长厚度为450～650nm，长宽尺寸均为5mm×10mm；
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的生长厚度为1.0～2.0μm，长宽尺寸为5mm×10mm；
n-Al0.8Ga0.2N层4的生长厚度为140～200nm，长宽尺寸为5mm×10mm。
步骤(2)h-BN层的生长厚度为长宽尺寸为3mm×3mm。
步骤(3)沉积SiO2窗口层5的厚度为70～130nm，窗口层的孔规格为4mm×4mm，SiO2窗口层5外尺寸的规格为5mm×5mm。
步骤(5)蒸镀金属电极Ni层和Ag层的厚度分别为80～120nm，第一金属电极7-2和第二金属电极7-1截面均为半径1.5mm的半圆形。
实施例1
如图1-3所示，一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3、n-Al0.8Ga0.2N层4；n-Al0.8Ga0.2N层4上有SiO2窗口层5、2D h-BN层6、第一金属电极7-2；2D h-BN层6上有第二金属电极7-1；
2D h-BN层6与n-Al0.8Ga0.2N层4构成Ⅱ型结异质结结构。
SiO2窗口层5为正方形，SiO2窗口层5中部设有正方形的孔，2D h-BN层6位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和2D h-BN层6不接触。
第一金属电极7-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层5不接触。
AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
Si衬底层1的厚度为450μm。
AlGaN层的厚度为300nm，Al0.8Ga0.2N层的厚度为450nm，AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的厚度为1.0μm，且长宽尺寸为5mm×10mm。
n-Al0.8Ga0.2N层4的厚度为140nm，且长宽尺寸为5mm×10mm；SiO2窗口层5的厚度为70nm；2D h-BN层6的厚度为且长宽尺寸为3mm×3mm。
第一金属电极7-2和第二金属电极7-1为Ni/Ag金属层电极，Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，Ni层位于Ag层的下方，Ni层和Ag层的厚度分别为80nm。
第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1为实心半球形，且第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1的半径为1.5mm。第一金属电极7-2为阳极，第二金属电极7-1为阴极。
本实施例的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先按照结构设计，用MOCVD在Si衬底层1上高温生长AlGaN层、Al0.8Ga0.2N层、Al0.8Ga0.2N缓冲层3，AlGaN层、Al0.8Ga0.2N层、Al0.8Ga0.2N缓冲层3厚度分别为300nm、450nm、1μm，长宽尺寸均为5mm×10mm；其次采用MOCVD生长n-Al0.8Ga0.2N层4，其中n-Al0.8Ga0.2N层4厚度为140nm，长宽尺寸为5mm×10mm。
(2)按照结构设计，采用LPCVD技术在另一Si衬底层1上生长2D h-BN层6，2D h-BN层6厚度为长宽尺寸为3mm×3mm。
(3)按照异质结设计，采用PECVD法在n-Al0.8Ga0.2N层4上方局部沉积SiO2窗口层5，将步骤(2)得到的的2D h-BN层6进行湿法转移至SiO2窗口处n-Al0.8Ga0.2N层4上，获得2Dh-BN/AlGaN异质结结构。
(4)按照电极设计，将步骤(3)得到的n-Al0.8Ga0.2N层4及2D h-BN层6光刻，首先将样品匀胶，并烘干，然后进行曝光，并显影，最后经过氧离子处理。
(5)按照电极设计，将步骤(4)得到的n-Al0.8Ga0.2N层4及2D h-BN层6进行蒸镀，控制蒸镀速率，先蒸镀Ni层后蒸镀Ag层且分别蒸镀80nm，在n-Al0.8Ga0.2N层4蒸镀所得电极为阳极，2D h-BN层6蒸镀所得电极为阴极，其截面均为半径1.5mm的半圆形。取出后清洗得到2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动蓝光探测器。
(6)将步骤(5)得到的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器进行测试。
如图1所示，本实施例制备的2D h-BN/AlGaN异质结紫外光电探测器，包括Si衬底层1，生长在Si衬底层1上的AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、生长在AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2上的Al0.8Ga0.2N缓冲层3、生长在Al0.8Ga0.2N缓冲层3上的n-Al0.8Ga0.2N层4，生长在n-Al0.8Ga0.2N层4上的SiO2窗口层5，转移至SiO2窗口处且位于n-Al0.8Ga0.2N层4上的2D h-BN层6，生长在Al0.8Ga0.2N层4上的第一金属电极7-2，及生长在2D h-BN层6上的第二金属电极7-1。
图3为本实施例的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器在无外加偏压下所测得的光谱响应图，选用150nm-350nm范围的光源进行测试。测试结果表明，该探测器在265nm附近具有最高的光电流，在紫外频段表现出了出色的探测性能，探测率可以达到17mA/W。
图4为本实施例的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器外加偏压在-3V到3V下，235nm光源不同光强作用所得到的响应曲线。从下到上，实线、划线及点划线分别为暗电流、弱光强对应光电流和强光强对应光电流。0V下出现的光电流为1×10-4A，暗电流为1×10-7A，一方面表现了探测器具有的自供电性能，同时光暗电流比(开关比)约为103，表现了对光的敏感性。
实施例2
如图1-2所示，在具体实施过程中，本实施例提供一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3、n-Al0.8Ga0.2N层4；n-Al0.8Ga0.2N层4上有SiO2窗口层5、2D h-BN层6、第一金属电极7-2；2D h-BN层6上有第二金属电极7-1；
2D h-BN层6与n-Al0.8Ga0.2N层4构成Ⅱ型结异质结结构。
SiO2窗口层5为正方形，SiO2窗口层5中部设有正方形的孔，2D h-BN层6位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和2D h-BN层6不接触。
第一金属电极7-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层5不接触。
AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
Si衬底层1的厚度为460μm。
AlGaN层的厚度为400nm，Al0.8Ga0.2N层的厚度为650nm，AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的厚度为2.0μm，且长宽尺寸为5mm×10mm。
n-Al0.8Ga0.2N层4的厚度为200nm，且长宽尺寸为5mm×10mm；SiO2窗口层5的厚度为130nm；2D h-BN层6的厚度为且长宽尺寸为3mm×3mm。
第一金属电极7-2和第二金属电极7-1为Ni/Ag金属层电极，Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，Ni层位于Ag层的下方，其中，Ni层和Ag层的厚度分别为120nm。
第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1为实心半球形，且第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1的半径为1.5mm。
实施例3
如图1-2所示，在具体实施过程中，一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3、n-Al0.8Ga0.2N层4；n-Al0.8Ga0.2N层4上有SiO2窗口层5、2D h-BN层6、第一金属电极7-2；2D h-BN层6上有第二金属电极7-1；
2D h-BN层6与n-Al0.8Ga0.2N层4构成Ⅱ型结异质结结构。
SiO2窗口层5为正方形，SiO2窗口层5中部设有正方形的孔，2D h-BN层6位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和2D h-BN层6不接触。
第一金属电极7-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层5不接触。
AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
Si衬底层1的厚度为455μm。
AlGaN层的厚度为350nm，Al0.8Ga0.2N层的厚度为550nm，AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的厚度为1.5μm，且长宽尺寸为5mm×10mm。
n-Al0.8Ga0.2N层4的厚度为170nm，n-Al0.8Ga0.2N层4的长宽尺寸为5mm×10mm；SiO2窗口层5的厚度为100nm；2D h-BN层6的厚度为2D h-BN层6的长宽尺寸为3mm×3mm。
第一金属电极7-2和第二金属电极7-1为Ni/Ag金属层电极，Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，Ni层位于Ag层的下方，Ni层和Ag层的厚度分别为100nm。
第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1为实心半球形，且第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1的半径为1.5mm。
实施例4
如图1-2所示，一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，由下至上依次包括：Si衬底层1、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3、n-Al0.8Ga0.2N层4；n-Al0.8Ga0.2N层4上有SiO2窗口层5、2D h-BN层6、第一金属电极7-2；2D h-BN层6上有第二金属电极7-1；
2D h-BN层6与n-Al0.8Ga0.2N层4构成Ⅱ型结异质结结构。
SiO2窗口层5为正方形，SiO2窗口层5中部设有正方形的孔，2D h-BN层6位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和2D h-BN层6不接触。
第一金属电极7-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极7-2和SiO2窗口层5不接触。
AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
Si衬底层1的厚度为458μm。
AlGaN层的厚度为400nm，Al0.8Ga0.2N层的厚度为550nm，AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层的长宽尺寸均为5mm×10mm。
Al0.8Ga0.2N缓冲层3的厚度为2.0μm，且长宽尺寸为5mm×10mm。
n-Al0.8Ga0.2N层4的厚度为160，n-Al0.8Ga0.2N层4的长宽尺寸为5mm×10mm；SiO2窗口层5的厚度为120nm；2D h-BN层6的厚度为2D h-BN层6的长宽尺寸为3mm×3mm。
第一金属电极7-2和第二金属电极7-1为Ni/Ag金属层电极，Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，Ni层位于Ag层的下方，Ni层和Ag层的厚度分别为110nm。
第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1为实心半球形，且第一金属电极7-2的和第二金属电极7-1的半径为1.5mm。
2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器设计思路如下：
(1)设计2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的外延结构：对于AlGaN材料与Si衬底层1之间晶格失配(>17％)和热失配(>56％)较大因而容易导致高密度缺陷和裂纹的问题，通过设计AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3，可以有效控制外延层的应力以及缺陷密度，改善AlGaN材料的质量。
(2)用MOCVD技术在Si衬底层1上生长AlGaN材料：通过MOCVD技术先在Si衬底层1上高温生长AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3，再在缓冲层上生长n-Al0.8Ga0.2N层4，抑制相分离，改善AlGaN材料的生长质量。
(3)2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器及其异质结的优化设计：设计2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的器件结构，利用2D h-BN材料可以与AlGaN材料形成Ⅱ型异质结结构的特点，在n-Al0.8Ga0.2N层4上方局部沉积SiO2窗口层5，再将2D h-BN层6转移至SiO2窗口层5内侧的n-Al0.8Ga0.2N层4上，获得锐利界面的异质结结构，通过内建电场大幅提升器件性能。分析并优化芯片单元结构及参数、电极种类及接触面积、异质结结构等，设计提高自驱动器件结构性能。
(4)2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的制备：优化探测器制备工艺，先采用PECVD法在n-Al0.8Ga0.2N层4上沉积SiO2窗口层5，后采用LPCVD法生长2D h-BN层6，通过湿法转移技术将Si衬底层1上2D h-BN层6转移至SiO2窗口层5内侧的n-Al0.8Ga0.2N层4上，通过光刻蒸镀工艺，在暴露n-Al0.8Ga0.2N层4第二金属电极7-1，以及2D h-BN层6上制备第一金属电极7-2。改变湿法转移参数及条件、光刻曝光显影等时间、氧离子处理时间电极材料种类、电极接触面积，蒸镀速率等参数，探究其对2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器性能的影响，提升2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的灵敏度和响应度，提高自驱动紫外光探测器的性能。
一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器的制备方法，提供了一种先采用MOCVD高温外延方法在Si衬底层1上生长AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层2、Al0.8Ga0.2N缓冲层3，然后在缓冲层上生长n-Al0.8Ga0.2N层4，接着通过PECVD沉积SiO2窗口层5，再采用LPCVD法生长2D h-BN层6，通过湿法转移的方法将Si衬底层1上2D h-BN层6转移到n-Al0.8Ga0.2N层4上，最后通过光刻蒸镀工艺，在n-Al0.8Ga0.2N层4以及2D h-BN层6上分别制备第二金属电极7-1和第一金属电极7-2，实现了2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器。制备方法具有工艺简单、省时高效以及能耗低的优点，有利于规模化生产。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，由下至上依次包括：Si衬底层(1)、AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层(2)、Al0.8Ga0.2N缓冲层(3)、n-Al0.8Ga0.2N层(4)；所述n-Al0.8Ga0.2N层(4)上有SiO2窗口层(5)、2D h-BN层(6)、第一金属电极(7-2)；所述2Dh-BN层(6)上有第二金属电极(7-1)；
所述2D h-BN层(6)与n-Al0.8Ga0.2N层(4)构成Ⅱ型结异质结结构。
2.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，SiO2窗口层(5)中部设有孔，所述2D h-BN层(6)位于SiO2窗口层(5)的孔内，且SiO2窗口层(5)和2D h-BN层(6)不接触。
3.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述第一金属电极(7-2)位于SiO2窗口层(5)外侧，且第一金属电极(7-2)和SiO2窗口层(5)不接触。
4.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述AlGaN/Al0.8Ga0.2N缓冲层(2)包括AlGaN层和Al0.8Ga0.2N层，所述AlGaN层位于Al0.8Ga0.2N层的下方。
5.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述Si衬底层(1)的厚度为450～460μm。
6.根据权利要求4所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述AlGaN层的厚度为300～400nm，所述Al0.8Ga0.2N层的厚度为450～650nm。
7.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述Al0.8Ga0.2N缓冲层(3)的厚度为1.0～2.0μm。
8.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述n-Al0.8Ga0.2N层(4)的厚度为140～200nm；所述SiO2窗口层(5)的厚度为70～130nm；所述2D h-BN层(6)的厚度为
9.根据权利要求1所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述第一金属电极(7-2)和第二金属电极(7-1)为Ni/Ag金属层电极，所述Ni/Ag金属层电极包括Ni层和Ag层，所述Ni层位于Ag层的下方，所述Ni层和Ag层的厚度分别为80～120nm。
10.根据权利要求9所述的2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述第一金属电极(7-2)和第二金属电极(7-1)为半球形，且第一金属电极(7-2)和第二金属电极(7-1)的半径为1.5mm。
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