CN219800878U - 一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 - Google Patents
一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219800878U CN219800878U CN202320402149.7U CN202320402149U CN219800878U CN 219800878 U CN219800878 U CN 219800878U CN 202320402149 U CN202320402149 U CN 202320402149U CN 219800878 U CN219800878 U CN 219800878U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- algan
- ges
- sio
- ultraviolet light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 217
- 229910005839 GeS 2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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p‑GeS2/AlGaN/n‑AlGaN II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、AlN/AlGaN缓冲层、GaN缓冲层、n‑AlGaN层，n‑AlGaN层的掺杂元素为Si；n‑AlGaN层上有SiO2窗口层、AlGaN本征层和第一金属电极；AlGaN本征层上有GeS2层，GeS2层上有第二金属电极。通过在AlGaN本征层上引入GeS2层，利用GeS2层、AlGaN本征层与n‑AlGaN层构成pin型异质结结构，在界面上形成内建电场，实现自驱动，完成光生载流子的有效分离和传输，产生更大光电流，提高紫外探测器响应度。
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p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器。
背景技术
紫外探测是继红外探测和激光探测之后的一种新兴探测技术，紫外探测在环境监测、导弹发射探测、医疗保健、光通信等领域有着广泛的应用。紫外探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，光电探测器利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。
紫外光探测通常依赖于具有纳米结构的宽带隙半导体，需要复杂的纳米加工工艺。而GeS2是迄今为止在具有平面内各向异性二维半导体材料中带隙较宽的，世界范围内其结构、振动以及光学各向异性都有从理论到实验的系统研究的材料，基于GeS2的光电探测器在紫外区显示出强烈的偏振相关光响应。同时，其剥离所需能量仅易于从载体上剥离并转移。
作为宽禁带半导体材料中的杰出代表，Ⅲ族氮化物已经实现了高效的LED、激光器等固态光源器件，其在平板显示、白光照明等应用方面取得了巨大成功。近十年来，人们期望将这种高效的发光材料应用于紫外波段，以满足日益增长的紫外光源需求。如专利一种具有调制掺杂多量子阱结构的深紫外LED及制备方法，该深紫外LED包括依次层叠设置的蓝宝石衬底、AlN本征层、N型AlGaN层、电流扩展层、调制掺杂多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN注入层和P型GaN接触层。该发明一方面通过在调制量子垒层中靠近量子阱层出设置非掺杂，防止Si向量子阱层扩散；另一方面，沿N型AlGaN层至P型AlGaN注入层方向，调制掺杂多量子阱层中掺杂量子垒层的掺杂浓度逐渐降低，以此限制电子溢流，增强空穴向近邻量子阱中的迁移，提高载流子注入效率，提高深紫外LED器件发光效率。此外，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。
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。
可见，上述多量子阱材料制备的紫外光探测器仍存在相分离导致的制备困难、器件响应度低；由于材料表面存在悬挂键，器件暗电流仍较高；需要外加电源，探测器才可以进行工作的技术问题。
实用新型内容
为克服上述现有技术存在制备困难、器件响应度低，以及由于材料表面存在悬挂件，导致暗电流较高，探测器需要外加电源才可以进行工作的技术问题，本实用新型提供一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，具有生长AlGaN材料质量好、探测器获得自驱动性能、可提高外量子效率、提升响应速度和灵敏度的优点。
由于AlGaN材料自身易发生相分离，采用MOCVD方法于Si衬底层上，由下至上依次生长AlN/AlGaN缓冲层、GaN缓冲层，n-AlGaN层和AlGaN本征层；沉积GeS2层后转移GeS2至AlGaN本征层，以制备紫外光探测器，且具有以下突出优势；一、MOCVD适合大面积材料生长，可获得大面积AlGaN膜；二、采用缓冲层结构，降低晶格失配，且n-AlGaN层和AlGaN本征层为薄层，可降低相分离，可提升n-AlGaN层和AlGaN本征层质量；三、设计pin型异质结结构，通过内建电场使探测器获得自驱动能力，提升探测器响应度、灵敏度参数，提高紫外光探测器性能。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
本实用新型所述的一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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、AlN/AlGaN缓冲层、GaN缓冲层、n-AlGaN层，所述n-AlGaN层的掺杂元素为Si；
所述n-AlGaN层上有SiO2窗口层、AlGaN本征层和第一金属电极；
所述AlGaN本征层上有GeS2层，所述GeS2层上有第二金属电极；
所述GeS2层、AlGaN本征层与n-AlGaN层构成pin型异质结结构。
进一步地，所述SiO2窗口层设有孔，AlGaN本征层与GeS2层位于SiO2窗口层的孔内，且SiO2窗口层和AlGaN本征层与GeS2层不接触。SiO2窗口层的孔尺寸为4mm×4mm，SiO2窗口层外尺寸为5mm×5mm。
进一步地，所述第一金属电极位于SiO2窗口层外侧，且第一金属电极和SiO2窗口层不接触。
进一步地，所述AlN/AlGaN缓冲层包括AlN层和AlGaN层，所述AlN层位于AlGaN层的下方。
进一步地，所述AlN层的厚度为300～400nm，所述AlGaN层的厚度为450～650nm。
进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极均为Ni/Au金属层电极结构，所述Ni/Au金属层电极结构包括Ni层和Au层，所述Ni层位于Au层的下方，所述Ni层和Au层的厚度均为80～120nm。
进一步地，所述Si衬底层的厚度为450～460μm，所述GaN缓冲层的厚度为1.0～2.0μm。
进一步地，所述n-AlGaN层的厚度为140～200nm，所述Si掺杂浓度为1×1018～1×1019cm-3。
进一步地，所述AlGaN本征层的厚度为30～130nm。
进一步地，所述SiO2窗口层的厚度为70～130nm，所述GeS2层的厚度为3～6nm。
进一步地，所述Si衬底层、AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层和n-AlGaN层的长宽尺寸均为5mm×10mm，所述GeS2层尺寸为3mm×3mm，所述第一金属电极尺寸为1.5mm×1.5mm、第二金属电极尺寸为1.5mm×1.5mm。
进一步地，上述p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层、n-AlGaN层和AlGaN本征层；
(2)采用CVD技术在第二Si衬底层上生长GeS2层；
(3)采用PECVD法在步骤(1)所述AlGaN层上方沉积SiO2窗口层，将步骤(2)得到的GeS2层进行湿法转移至SiO2窗口层内侧的AlGaN本征层上；
(4)首先将AlGaN本征层和步骤(3)得到的GeS2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)按照电极设计，将步骤(4)所得n-AlGaN层及GeS2层进行蒸镀Ni/Au金属层电极结构，n-AlGaN层及GeS2层均先蒸镀Ni层，后蒸镀Au层，得到p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光电探测器。
上述制备方法工艺简单，省时高效且能耗低，有利于规模化生产。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
通过引入缓冲层提升AlGaN材料质量，在AlGaN本征层上引入GeS2层，利用GeS2材料禁带宽度为3.6eV、天然p型以及基于GeS2的光电探测器在紫外区显示出强烈的偏振相关光响应的特点，GeS2层能够与n-AlGaN层实现pin型异质结结构，通过p-GeS2/AlGaN/n-AlGaNII型异质结结构，在异质结界面处建立内建电场，电子向GeS2层迁移，空穴向n-AlGaN层迁移，完成光生载流子的有效分离和传输，产生更大光电流，实现了紫外光探测器结构的自驱动，提高了紫外光探测器响应度及灵敏度。
加入AlGaN本征层，使pn结两电极之间距离增大，降低结电容，减小渡越时间常量，改善频率响应，增大光电转换有效工作区，提高灵敏度；同时势垒宽度大，降低了暗电流，减小噪声影响，进而降低探测器的响应时间；相比于pn型探测器，pin型探测器的抗阻系数更大、响应速度更高、线性响应更好。
通过优化探测器器件的电极接触面积及种类参数，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在3V偏压下的光谱响应图；
图4为实施例1在无外加偏压的365nm紫外线照明下，光电流和响应度与光功率密度的关系。
其中，1、Si衬底层；2、AlN/AlGaN缓冲层；3、GaN缓冲层；4、n-AlGaN层；5、SiO2窗口层；6、AlGaN本征层；7、GeS2层；8-1、第二金属电极；8-2、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。
实施例1
如图1-4所示，本实施例公开一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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、AlN/AlGaN缓冲层2、GaN缓冲层3、n-AlGaN层4，n-AlGaN层4的掺杂元素为Si；
n-AlGaN层4上有SiO2窗口层5、AlGaN本征层6和第一金属电极8-2；
AlGaN本征层6上有GeS2层7，GeS2层7上有第二金属电极8-1；
GeS2层7、AlGaN本征层6与n-AlGaN层4构成pin型异质结结构。
SiO2窗口层5设有孔，AlGaN本征层6与GeS2层7位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和AlGaN本征层6与GeS2层7不接触。
第一金属电极8-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极8-2和SiO2窗口层5不接触。
孔的尺寸为4mm×4mm，SiO2窗口层5外尺寸为5mm×5mm。
AlN/AlGaN缓冲层2包括AlN层和AlGaN层，AlN层位于AlGaN层的下方，AlN层的厚度为300nm，AlGaN层的厚度为450nm。
第一金属电极8-2和第二金属电极8-1均为Ni/Au金属层电极结构，Ni/Au金属层电极结构包括Ni层和Au层，Ni层位于Au层的下方，Ni层和Au层的厚度均为80nm。
Si衬底层1的厚度为450μm，GaN缓冲层3的厚度为1.0μm。
n-AlGaN层4的厚度为140nm，Si掺杂浓度为1×1018cm-3。
AlGaN本征层6的厚度为30nm，SiO2窗口层5的厚度为70nm，GeS2层7的厚度为3nm。
Si衬底层1、AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层3和n-AlGaN层4的长宽尺寸均为5mm×10mm，GeS2层7尺寸为3mm×3mm，第一金属电极8-2尺寸为1.5mm×1.5mm、第二金属电极8-1尺寸为1.5mm×1.5mm。
本实施例的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照结构设计，用MOCVD在Si衬底层1上，由下至上依次高温生长AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层3，其中，Si衬底层1、AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层3厚度分别为450μm、300nm、450nm、1μm；
其次，采用MOCVD依次生长n-AlGaN层4和AlGaN本征层6，其中，n-AlGaN层4厚度为140nm，AlGaN本征层6厚度为30nm。
(2)按照结构设计，采用CVD技术在第二Si衬底层上生长GeS2层7，GeS2层7厚度为3nm。
(3)按照异质结设计，采用PECVD法在n-AlGaN上沉积SiO2窗口层5，SiO2窗口层5的厚度为70nm，SiO2窗口层5外尺寸为5mm×5mm，孔的尺寸为4mm×4mm，将步骤(2)得到的的GeS2层7进行湿法转移至SiO2窗口层5内侧的AlGaN本征层6上，获得p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN异质结结构。
(4)按照电极设计，将步骤(3)所得n-AlGaN层4及GeS2层7光刻。
(5)按照电极设计，将步骤(4)所得n-AlGaN层4进行蒸镀第一金属电极8-2，将步骤(4)所得GeS2层7进行蒸镀第二金属电极8-1，n-AlGaN层4及GeS2层7均先蒸镀Ni层，后蒸镀Au层，Ni层和Au层厚度分别为80nm，第一金属电极8-2为阳极，第二金属电极8-1为阴极；取出后清洗得到p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光电探测器。
(6)将步骤(5)得到的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光电探测器进行测试。
图3为本实施例的紫外光电探测器在偏压为3V的实验条件下测得，探测器对波长为275～400nm的紫外光波段具有高响应度，其中对于365nm的紫外光响应度达到最大值(976mA/W)，在可见光波段响应度较低，证明该探测器紫外可辨。
图4为本实施例在偏压为0V，波长为365nm光照条件下测得，器件在275-400nm的紫外波段具有较高的响应度，在365nm波长条件下达到最大值(976mA/W)，有利于紫外探测；光电流和光功率密度如图所示，(α为常数)。图4中α＝0.29。通过与固定载流子浓度方程对比，光生载流子和光导增益使得α值增大，而陷印效应和载流子重组共同作用导致α值下降。拟合图4响应度曲线得到(β为常数)，其中β＝-0.71。与固定载流子浓度方程相符，证明此光电探测器具有自供电光探测性能。
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p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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、AlN/AlGaN缓冲层2、GaN缓冲层3、n-AlGaN层4，n-AlGaN层4的掺杂元素为Si；
n-AlGaN层4上有SiO2窗口层5、AlGaN本征层6和第一金属电极8-2；
AlGaN本征层6上有GeS2层7，GeS2层7上有第二金属电极8-1；
GeS2层7、AlGaN本征层6与n-AlGaN层4构成pin型异质结结构。
SiO2窗口层5设有孔，AlGaN本征层6与GeS2层7位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和AlGaN本征层6与GeS2层7不接触。
第一金属电极8-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极8-2和SiO2窗口层5不接触。
孔的尺寸为4mm×4mm，SiO2窗口层5外尺寸为5mm×5mm。
AlN/AlGaN缓冲层2包括AlN层和AlGaN层，AlN层位于AlGaN层的下方，AlN层的厚度为350nm，AlGaN层的厚度为550nm。
第一金属电极8-2和第二金属电极8-1均为Ni/Au金属层电极，Ni/Au金属层电极包括Ni层和Au层，Ni层位于Au层的下方，Ni层和Au层的厚度均为100nm。
Si衬底层1的厚度为455μm，GaN缓冲层3的厚度为1.5μm。
n-AlGaN层4的厚度为180nm，Si掺杂浓度为5×1018cm-3。
AlGaN本征层6的厚度为100nm，SiO2窗口层5的厚度为80nm，GeS2层7的厚度为5nm。
Si衬底层1、AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层3和n-AlGaN层4的长宽尺寸均为5mm×10mm，GeS2层7尺寸为3mm×3mm，第一金属电极8-2尺寸为1.5mm×1.5mm、第二金属电极8-1尺寸为1.5mm×1.5mm。
实施例3
如图1-2所示，在具体实施过程中，本实施例提供一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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、AlN/AlGaN缓冲层2、GaN缓冲层3、n-AlGaN层4，n-AlGaN层4的掺杂元素为Si；
n-AlGaN层4上有SiO2窗口层5、AlGaN本征层6和第一金属电极8-2；
AlGaN本征层6上有GeS2层7，GeS2层7上有第二金属电极8-1；
GeS2层7、AlGaN本征层6与n-AlGaN层4构成pin型异质结结构。
SiO2窗口层5设有孔，AlGaN本征层6与GeS2层7位于SiO2窗口层5的孔内，且SiO2窗口层5和AlGaN本征层6与GeS2层7不接触。
第一金属电极8-2位于SiO2窗口层5外侧，且第一金属电极8-2和SiO2窗口层5不接触。
孔的尺寸为4mm×4mm，SiO2窗口层5外尺寸为5mm×5mm。
AlN/AlGaN缓冲层2包括AlN层和AlGaN层，AlN层位于AlGaN层的下方，AlN层的厚度为400nm，AlGaN层的厚度为650nm。
第一金属电极8-2和第二金属电极8-1均为Ni/Au金属层电极结构，Ni/Au金属层电极结构包括Ni层和Au层，Ni层位于Au层的下方，Ni层和Au层的厚度均为120nm。
Si衬底层1的厚度为460μm，GaN缓冲层3的厚度为2.0μm。
n-AlGaN层4的厚度为200nm，Si掺杂浓度为1×1019cm-3。
AlGaN本征层6的厚度为130nm，SiO2窗口层5的厚度为130nm，GeS2层7的厚度为6nm。
Si衬底层1、AlN层、AlGaN层、GaN缓冲层3和n-AlGaN层4的长宽尺寸均为5mm×10mm，GeS2层7尺寸为3mm×3mm，第一金属电极8-2尺寸为1.5mm×1.5mm、第二金属电极8-1尺寸为1.5mm×1.5mm。
设计思路
(1)设计p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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AlN/AlGaN缓冲层2、GaN缓冲层3，可以有效控制外延层的应力以及缺陷密度，提高AlGaN材料的质量。
(2)用MOCVD技术在Si衬底上生长高质量AlGaN材料：通过MOCVD技术先在Si衬底层1上高温生长AlN/AlGaN缓冲层2、GaN缓冲层3，再在GaN缓冲层3上生长n-AlGaN层4和AlGaN本征层6，抑制相分离，提升n-AlGaN层4和AlGaN本征层6的生长质量。
(3)p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器的器件结构，利用GeS2层7可以与n-AlGaN和AlGaN本征层6形成pin型异质结结构的特点，在n-AlGaN层4上方沉积SiO2窗口层5，再将GeS2层7转移至SiO2窗口层5内侧孔处的AlGaN本征层6上，获得锐利界面的异质结结构，通过内建电场提升器件性能。分析优化器件单元结构及参数、电极种类及接触面积、异质结结构，实现高性能自驱动器件结构设计。
(4)p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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AlGaN本征层6上沉积SiO2窗口层5，后采用CVD法在另一Si衬底生长GeS2层7，通过湿法转移技术将Si衬底上GeS2层7转移至AlGaN本征层6上，通过光刻蒸镀工艺，在暴露n-AlGaN层4以及GeS2层7上制备Ni/Au金属电极结构。改变工艺参数包括但不限于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、以及蒸镀速率，探究工艺参数对p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器性能的影响，提升p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器的灵敏度和响应度。
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p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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)、AlN/AlGaN缓冲层(2)、GaN缓冲层(3)、n-AlGaN层(4)，所述n-AlGaN层(4)的掺杂元素为Si；
所述n-AlGaN层(4)上有SiO2窗口层(5)、AlGaN本征层(6)和第一金属电极(8-2)；
所述AlGaN本征层(6)上有GeS2层(7)，所述GeS2层(7)上有第二金属电极(8-1)；
所述GeS2层(7)、AlGaN本征层(6)与n-AlGaN层(4)构成pin型异质结结构。
2.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述SiO2窗口层(5)设有孔，AlGaN本征层(6)与GeS2层(7)位于SiO2窗口层(5)的孔内，且SiO2窗口层(5)和AlGaN本征层(6)与GeS2层(7)不接触。
3.根据权利要求2所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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(8-2)位于SiO2窗口层(5)外侧，且第一金属电极(8-2)和SiO2窗口层(5)不接触。
4.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述AlN/AlGaN缓冲层(2)包括AlN层和AlGaN层，所述AlN层位于AlGaN层的下方。
5.根据权利要求4所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述AlN层的厚度为300～400nm，所述AlGaN层的厚度为450～650nm。
6.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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(8-2)和第二金属电极(8-1)均为Ni/Au金属层电极结构，所述Ni/Au金属层电极结构包括Ni层和Au层，所述Ni层位于Au层的下方，所述Ni层和Au层的厚度均为80～120nm。
7.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II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，所述GaN缓冲层(3)的厚度为1.0～2.0μm。
8.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述n-AlGaN层(4)的厚度为140～200nm，所述Si掺杂浓度为1×1018～1×1019cm-3。
9.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述AlGaN本征层(6)的厚度为30～130nm。
10.根据权利要求1所述的p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器，其特征在于，所述SiO2窗口层(5)的厚度为70～130nm，所述GeS2层(7)的厚度为3～6nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320402149.7U CN219800878U (zh) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320402149.7U CN219800878U (zh) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219800878U true CN219800878U (zh) | 2023-10-03 |
Family
ID=88186118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320402149.7U Active CN219800878U (zh) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219800878U (zh) |
-
2023
- 2023-03-06 CN CN202320402149.7U patent/CN219800878U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106960887B (zh) | 一种铝镓氮基日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| CN105470320A (zh) | 一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器及其制造方法 | |
| CN106449854B (zh) | 全耗尽铁电侧栅单根纳米线近红外光电探测器及制备方法 | |
| CN113224198B (zh) | 一种2DWS2/InGaN II型异质结自驱动蓝光探测器及其制备方法与应用 | |
| TW201001726A (en) | Techniques for enhancing efficiency of photovoltaic devices using high-aspect-ratio nanostructures | |
| TWI705577B (zh) | 二維電子元件與相關製造方法 | |
| CN108305911A (zh) | 吸收、倍增层分离结构的ⅲ族氮化物半导体雪崩光电探测器 | |
| CN112635614A (zh) | 一种采用栅调制石墨烯/半导体肖特基结的光电探测器及制备方法 | |
| CN111403505A (zh) | 一种双极型可见光探测器及其制备方法 | |
| CN114220878A (zh) | 一种具有载流子传输层的Ga2O3/GaN日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| CN113659029A (zh) | 一种氧化镓日盲紫外探测器 | |
| CN114267747B (zh) | 具有金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| KR101136882B1 (ko) | 질화물 반도체 기반의 태양전지 및 그 제조방법 | |
| JP2010186915A (ja) | 太陽電池 | |
| CN113224193A (zh) | 结合嵌入电极与钝化层结构的InGaN/GaN多量子阱蓝光探测器及其制备方法与应用 | |
| US20100043873A1 (en) | Semiconducting devices and methods of making the same | |
| CN219800878U (zh) | 一种p-GeS2/AlGaN/n-AlGaN II型异质结自驱动紫外光探测器 | |
| CN116666487A (zh) | 一种具有自供电工作模式的GaN/Ga2O3 pn结紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN103474503A (zh) | 一种基于二维晶格的紫外单波长msm光电探测器 | |
| CN207441648U (zh) | 一种光电阴极 | |
| Chen et al. | Improved performance of a back-illuminated GaN-based metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetector by in-situ modification of one-dimensional ZnO nanorods on its screw dislocations | |
| CN219800871U (zh) | 一种2D h-BN/AlGaNⅡ型异质结自驱动紫外光探测器 | |
| CN109166935A (zh) | 一种Al组分过渡型日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| CN210607284U (zh) | 一种多量子阱蓝光探测器 | |
| CN113972298A (zh) | 一种自供电偏振可见光探测器及制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |