一种自驱动光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自驱动光电探测器及其制备方法，该自驱动探测器通过在n型半导体层和p型石墨烯层之间并排设置一绝缘层和隧穿层，其中绝缘层的厚度大于隧穿层的厚度，绝缘层阻隔n型半导体层与石墨烯层的接触；n型半导体层与石墨烯层之间形成肖特基结构的空间电荷区，利于电子与空穴快速分离，同时隧穿层修复了n型半导体层与石墨烯层之间的缺陷，抑制漏电，提高光电流，第一电极设置于绝缘层上方的石墨烯层上，第二电极设置于n型半导体层上，电子与空穴最终在第一电极和第二电极处被收集。该自驱动光电探测器的暗电流低、响应速度快、开/关电流比高，不需要外加电源工作，综合性能好，并且器件结构简单，易于制造。易于制造。易于制造。

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，尤其涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]自驱动光电探测器是光电信息
中的一个重要组成部分。作为第三代半导体的代表，氮化镓(GaN)由于其优异的物理化学性能，例如宽的禁带(3.4eV)、低介电常数、高电子迁移率、耐高温性、耐腐蚀性、抗辐射等特性，被认为是制备探测器的理想材料。
[0003]然而由于GaN等n型半导体材料层与其他材料层结合通常存在较大的晶格失配，导致材料层界面具有较大的缺陷，降低器件性能，制备的自驱动器件存在暗电流大、响应速度低、光暗比低等缺陷，如何选择合适的材料，获得低的界面缺陷提高器件性能是亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种高性能的自驱动光电探测器，该探测器通过在n型半导体层和p型石墨烯层之间并排设置一绝缘层和隧穿层，其中绝缘层的厚度大于隧穿层的厚度，且其材料相同，相同的材料层之间晶格失配最小，从而缺陷少，提升了绝缘层和隧穿层的质量，绝缘层有效的阻隔n型半导体层与石墨烯层的接触；n型半导体层与石墨烯层之间形成肖特基结构的空间电荷区，利于电子与空穴快速分离，同时高质量的隧穿层修复了n型半导体层与石墨烯层之间的缺陷，抑制漏电，提高光电流，第一电极设置于绝缘层上方的石墨烯层上，第二电极设置于n型半导体层上，电子与空穴最终在第一电极和第二电极处被收集。该自驱动光电探测器的暗电流低、响应速度快、开/关电流比高，不需要外加电源工作，综合性能好，并且器件结构简单，易于制造。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种自驱动光电探测器的制备方法，该工艺方法简单，易于产业化。基于上述理由，本专利技术至少提供如下技术方案：
[0006]一种自驱动光电探测器，包括衬底和设置于衬底上的n型半导体层，并排设置于n型半导体层上的绝缘层和隧穿层，其中所述绝缘层的厚度大于所述隧穿层的厚度，且所述绝缘层和所述隧穿层的材料相同；p型石墨烯层，设置于所述隧穿层和所述绝缘层上；第一电极，设置于所述石墨烯层上；第二电极，设置于所述n型半导体层上；其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。
[0007]在一优选实施方式中，所述石墨烯层选用单层石墨烯或双层石墨烯；更优选地，所述石墨烯层选用单层石墨烯。
[0008]在一优选实施方式中，所述隧穿层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼或二氧化钛；更优选地，所述隧穿层选用三氧化二铝。
[0009]在一优选实施方式中，所述绝缘层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼和二氧化钛中的至少一种；更优选地，所述绝缘层选用三氧化二铝。
[0010]在一优选实施方式中，所述隧穿层的厚度为0.5nm至5nm。
[0011]在一优选实施方式中，所述绝缘层的厚度为25nm至35nm。
[0012]在一优选实施方式中，所述n型半导体层选用GaN或氧化锌。
[0013]本专利技术还提供一种自驱动光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0014]在衬底上外延生长n型半导体层；
[0015]在所述n型半导体层上形成并列排布的绝缘层和隧穿层，所述绝缘层的厚度大于所述隧穿层的厚度；
[0016]转移p型石墨烯层至所述绝缘层和所述隧穿层上；
[0017]在所述绝缘层上方的石墨烯层上沉积第一电极，在所述n型半导体层上沉积第二电极；
[0018]其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。
[0019]在一优选实施方式中，在所述n型半导体层上沉积并列排布的绝缘层和隧穿层的步骤包括，在所述n型半导体层上粘贴预定面积的耐高温胶带；
[0020]选用ALD沉积工艺在所述n型半导体层上沉积第一预定厚度的三氧化二铝材料层；
[0021]去除耐高温胶带；
[0022]选用ALD沉积工艺在所述n型半导体层和所述第一预定厚度的三氧化二铝材料层上沉积第二预定厚度的三氧化二铝材料层。
[0023]在一优选实施方式中，采用湿法转移技术将p型石墨烯层转移至绝缘层和隧穿层的表面，所述p型石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。
[0024]在一优选实施方式中，在所述n型半导体层上沉积并列排布的绝缘层和隧穿层的步骤包括，在所述n型半导体层上沉积预定厚度的绝缘材料层，在所述绝缘材料层上形成预定图案的掩膜层，以该掩膜层为掩膜刻蚀所述绝缘材料层，形成并排布置的绝缘层和隧穿层。
[0025]相比现有技术，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0026]本专利技术的自驱动光电探测器选用n型半导体层和p型石墨烯层，两层之间并排布置厚度不同但材料相同的绝缘层和隧穿层，第一电极设置于绝缘层上方的石墨烯表面，第二电极设置于n型半导体层的表面，隧穿层的设置修复了n型半导体层和石墨烯层之间的界面缺陷，抑制漏电，提高了光电流。另一方面，绝缘层和隧穿层的材料相同，进一步避免了制备过程中对器件造成的污染，影响器件的性能。尤其是，n型半导体层选用GaN材料层，p型石墨烯选用单层石墨烯层时，大大减小了材料层之间的晶格失配，由于两者之间的费米能级不同，形成肖特基接触，构建的内建电场有利于光生电子空穴对的分离，有效的抑制了光生载流子的复合，形成的自驱动光电探测器具有高的响应速度。
[0027]本专利技术制备获得的光电探测器暗电流低、响应速度快、开/关电流比高，不需要外加电源工作，综合性能好。并且该探测器的结构简单，其优选实施例提供的制备方法简单、可靠度高、易于制造，且成本低。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一实施例自驱动光电探测器的三维结构示意图。
[0029]图2为本专利技术一实施例制备工艺过程中第一氧化铝材料层沉积的示意图。
[0030]图3为本专利技术一实施例制备工艺过程中第二氧化铝材料层沉积的示意图。
[0031]图4为本专利技术一实施例制备工艺过程中转移石墨烯层的示意图。
[0032]图5为本专利技术一实施例自驱动光电探测器的截面示意图。
[0033]图6为本专利技术一实施例自驱动光电探测器在325nm不同光功率光照射下的I
‑
V图。
[0034]图7为本专利技术一实施例自驱动光电探测器在0V、325nm不同光功率光照射下的I
‑
T图。
具体实施方式
[0035]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
[0036]本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动光电探测器，包括衬底和设置于衬底上的n型半导体层，其特征在于，还包括，并排设置于n型半导体层上的绝缘层和隧穿层，其中所述绝缘层的厚度大于所述隧穿层的厚度，且所述绝缘层和所述隧穿层的材料相同；p型石墨烯层，设置于所述隧穿层和所述绝缘层上；第一电极，设置于所述石墨烯层上；第二电极，设置于所述n型半导体层上；其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。2.根据权利要求1的所述自驱动光电探测器，其特征在于，所述石墨烯层选用单层石墨烯或双层石墨烯；优选地，所述石墨烯层选用单层石墨烯。3.根据权利要求1或2的所述自驱动光电探测器，其特征在于，所述隧穿层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼或二氧化钛；优选地，所述隧穿层选用三氧化二铝。4.根据权利要求1或2的所述自驱动光电探测器，其特征在于，所述绝缘层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼或二氧化钛；优选地，所述绝缘层选用三氧化二铝。5.根据权利要求3的所述自驱动光电探测器，其特征在于，所述隧穿层的厚度为0.5nm至5nm。6.根据权利要求5的所述自驱动光电探测器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为25nm至35nm。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，刘青，高芳亮，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：