一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于蓝光探测器的技术领域，公开了一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器及其制备方法。所述蓝光探测器，包括从下到上依次设置的衬底、缓冲层，Ti3C2/InGaN异质结功能层；缓冲层为从下到上依次设置的AlN层、AlGaN层和GaN层，其中AlN层设置在衬底上；Ti3C2/InGaN异质结功能层中，InGaN层设置在缓冲层的GaN层上，Ti3C2层部分覆盖InGaN层；所述蓝光探测器还包括金属层电极，金属层电极设置在Ti3C2层上和未覆盖的InGaN层上。本发明专利技术还公开了蓝光探测器的制备方法。本发明专利技术的探测器具有较高的蓝光波段的量子效率、蓝光谐振吸收增强，实现高灵敏度高带宽探测。高灵敏度高带宽探测。高灵敏度高带宽探测。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于可见光探测器领域，具体涉及一种碳化钛(Ti3C2)/InGaN异质结蓝光探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的发展，集成电子电路也在迅猛发展，而其中半导体材料起到了至关重要的作用。相比于前两代半导体材料，第三代半导体材料禁带宽度更宽、击穿场强更高、电子饱和速率更大，尤其是III族氮化物材料可实现从0.7eV(近红外)到6.2eV(紫外)连续可调的带隙，使得III族氮化物材料广泛应用在制备可见光波段的光电探测器器件上。
[0003]作为第三代半导体材料研究热点之一的InGaN材料拥有良好的物理化学性质。其拥有高电子迁移率，热稳定性、化学稳定性优异。通过调整合金中In的组分，可以实现禁带宽度从3.4eV到0.7eV的连续调节，从而实现InGaN探测器能够实现覆盖整个可见光波段的连续探测。
[0004]虽然InGaN基探测器器件制备研究取得了一定研究进展，但是到目前为止还没有实现商品转化。制约InGaN探测器发展和应用的主要问题是器件结构设计与工艺问题。一方面，器件结构设计缺陷大大影响了器件的性能，导致器件响应度低，带宽窄，灵敏度低。同时，制备工艺不够完善也大大限制了器件性能与生产。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器及其制备方法。本专利技术采用Ti3C2/InGaN异质结结构制备蓝光探测器具有以下优点：1)通过AlN/AlGaN/GaN缓冲层，降低位错，释放应力，使缺陷密度由108减小到105，使生长的InGaN材料质量更好。2)通过湿法转移可以将Ti3C2直接转移到InGaN上，操作简单，得到质量较好的Ti3C2/InGaN异质结结构。3)Ti3C2与InGaN通过范德华力形成异质结结构。入射光照射在Ti3C2/InGaN器件的有效工作区域时，在内建电场的作用下，光生载流子对向移动，产生光生电流。器件具有较好的自供电特性。4)Ti3C2具有高透光性和导电性，增强InGaN蓝光探测器的响应度，暗电流由10
‑6A减小到10
‑7A，增强载流子注入效率，减小漏电。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器(即Ti3C2/InGaN异质结蓝光探测器)，包括从下到上依次设置的衬底、缓冲层，Ti3C2/InGaN异质结功能层；所述缓冲层为从下到上依次设置的AlN层、AlGaN层和GaN层，其中AlN层设置在衬底上；Ti3C2/InGaN异质结功能层中，InGaN层设置在缓冲层的GaN层上，Ti3C2层部分覆盖InGaN层；
[0008]所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器还包括金属层电极，金属层电极设置在Ti3C2层上和未覆盖的InGaN层上。
[0009]Ti3C2/InGaN异质结功能层中InGaN层的厚度为50～150nm，Ti3C2层为30～50nm。
[0010]所述衬底为Si衬底。
[0011]所述缓冲层中，AlN层、AlGaN层和GaN层的厚度分别为350～450nm、400～500nm、3.5～4.5μm。
[0012]金属层电极为Ti/Au金属层，Ti层设置在Ti3C2/InGaN异质结功能层上；即InGaN上金属层电极为Ti/Au金属层(Ti设置在InGaN上)，Ti3C2上金属层电极为Ti/Au(Ti设置在Ti3C2上)；
[0013]Ti金属层的厚度为100～110nm，Au金属层的厚度为100～110nm。
[0014]Ti3C2层部分覆盖InGaN层是指Ti3C2层在InGaN层上形成台面(台阶状水平面)；
[0015]所述金属层电极设置在Ti3C2层上和未覆盖的InGaN层上是指金属层电极设置在Ti3C2层上和InGaN层的台面上。
[0016]所述Ti3C2/InGaN异质结蓝光探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)采用MOCVD方法，在衬底上生长缓冲层，再在缓冲层上生长InGaN层；所述衬底在使用前进行预处理，具体为分别用丙酮和乙醇进行超声清洗3分钟；
[0018](2)通过第一次光刻在InGaN上制备出所需的图形(即光刻胶覆盖部分InGaN层，形成所需Ti3C2层区域)，然后通过湿法转移的方法将Ti3C2转移至InGaN层(即未被光刻胶覆盖的部分)上，去除InGaN层上的光刻胶，然后通过第二次光刻在Ti3C2层上和InGaN层上制备出所需电极的图形，最后通过蒸镀工艺蒸镀金属层电极，去胶，获得异质结蓝光探测器。
[0019]所述第一次光刻是指匀胶，烘胶，曝光，显影，InGaN层上制备出所需的图形；烘胶的温度为100～110℃；光刻的时间为15～20s；烘干的时间为45～55s，曝光时间为10～12s，显影的时间为50～60s。
[0020]所述第二次光刻是指匀胶，烘胶，曝光，显影，在Ti3C2层上和InGaN层上制备出所需的图形；烘胶的温度为100～110℃；光刻的时间为15～20s；烘干的时间为45～55s，曝光时间为10～12s，显影的时间为50～60s。
[0021]金属层电极的蒸镀速率为0.20～0.25nm/min。
[0022]所述生长缓冲层是指采用MOCVD方法在衬底上从下到上依次外延生长AlN层、AlGaN层和GaN层，生长AlN层、AlGaN层和GaN层的温度分别为1150～1250℃、1150～1250℃和1050～1200℃。
[0023]在生长各缓冲层时，各层采用的原料为Al源、Ga源，NH3；流量为100～150sccm 。
[0024]采用MOCVD方法在缓冲层上生长InGaN层的温度为650～850℃。原料为In源与Ga源，NH3流量为100～150sccm。
[0025]和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：
[0026](1)本专利技术采用MOCVD高温外延方法结合MOCVD低温外延方法，先在Si衬底上生长AlN/AlGaN/GaN缓冲层，再在缓冲层上生长InGaN层，再通过湿法转移将Ti3C2直接转移到InGaN上最后通过光刻蒸镀工艺，分别在Ti3C2/InGaN上制作Ti/Au电极，实现了Ti3C2/InGaN异质结蓝光探测器。本专利技术的制备方法具有工艺简单、省时高效以及能耗低的特点，有利于规模化生产。
[0027](2)本专利技术的一种异质结结构蓝光探测器通过Ti3C2/InGaN异质结结构，在内建电场的作用下，光生载流子对向移动，产生光生电流。器件具有自供电特性。
[0028](3)本专利技术的一种异质结结构蓝光探测器通过Ti3C2/InGaN异质结结构，实现在蓝光波段的高响应度。通过Ti3C2高透光性和导电性，增强InGaN蓝光探测器的响应度，暗电流
由10
‑6A减小到10
‑7A，增强载流子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器，其特征在于：包括从下到上依次设置的衬底，缓冲层，Ti3C2/InGaN异质结功能层；所述缓冲层为从下到上依次设置的AlN层、AlGaN层和GaN层，其中AlN层设置在衬底上；Ti3C2/InGaN异质结功能层中，InGaN层设置在缓冲层的GaN层上，Ti3C2层部分覆盖InGaN层；所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器还包括金属层电极，金属层电极设置在Ti3C2层上和未覆盖的InGaN层上。2.根据权利要求1所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器，其特征在于：Ti3C2/InGaN异质结功能层中InGaN层的厚度为50～150nm，Ti3C2层为30～50nm。3.根据权利要求1所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器，其特征在于：所述衬底为Si衬底；所述缓冲层中，AlN层、A1GaN层和GaN层的厚度分别为350～450nm、400～500nm、3.5～4.5μm。4.根据权利要求1所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器，其特征在于：所述金属层电极为Ti/Au金属层，Ti层设置在Ti3C2/InGaN异质结功能层上；即InGaN层上金属层电极为Ti/Au金属层，Ti3C2上金属层电极为Ti/Au；Ti金属层的厚度为100～110nm，Au金属层的厚度为100～110nm。5.根据权利要求1所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器，其特征在于：所述Ti3C2层部分覆盖InGaN层是指Ti3C2层在InGaN层上形成台面；所述金属层电极设置在Ti3C2层上和未覆盖的InGaN层上是指金属层电极设置在Ti3C2层上和InGaN层的台面上。6.根据权利要求1～5任一项所述碳化钛/InGaN异质结蓝光探测器的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，孔德麒，王文樑，柴吉星，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：