一种2DGa2S3/GaNII型异质结自驱动紫外光探测器

本技术涉及紫外光探测器的，具体的，涉及一种2d ga2s3/gan ii型异质结自驱动紫外光探测器。

背景技术：

1、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。

2、传统的紫外探测器主要分为两类：真空紫外探测器和固体紫外探测器。真空紫外探测器主要由各种光电倍增管及其衍生的成像器件组成，光电倍增管具有优良的综合性能和成熟的制造工艺，但存在体积大、重量大等固有缺点，而且还需要高于100v的工作电压，导致功耗较高。固态紫外探测器主要基于半导体材料，由于紫外光照射会改变外部电路的电流，从而可以观测紫外光的光强度，但外部电路的引入会使紫外探测器功耗较大，且基于窄禁带半导体的紫外探测器需要高通滤光片来阻挡可见光和红外光子，高通滤光片的引入导致紫外探测器系统中有效面积的显著损失，并增加成本。对此，行业内通过研究实现了对紫外光的基于兰姆波谐振器的高灵敏度和低功耗探测，如专利一种紫外光探测器，公开了包括衬底，衬底具有空腔；压电层，压电层位于衬底的一侧，并覆盖空腔；位于压电层第一面上的顶电极、以及位于压电层第二面上的底电极，第一面和第二面相对，第二面为靠近衬底的一面，顶电极为叉指电极；实现对紫外光基于兰姆波谐振器的高灵敏度和低功耗探测。

3、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。硫化镓(gallium(iii)sulfide，ga2s3)属于iii-vi类层状化合物，每一层晶体结构为六方纤锌矿型结构，空间群为p63mc，晶格参数层间相互作用以弱范德华力为主，而层间成键力本质上是共价的。ga2s3作为一种近蓝色发光器件和场发射器件的材料，在300k时间接带隙为2.95ev，直接带隙为3.25ev。而作为第三代半导体材料研究热点之一的gan材料具有电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好的特点。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、无需滤光系统等优势，但同时也存在相分离导致的制备困难、器件响应度低等问题。

4、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。行业内，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107a，在12v电压下，峰值响应度达到4.56a/w的响应度。

5、然而，现有技术中存在由于材料表面存在悬挂键，探测器器件暗电流较高；以及探测器需要外加电源才可以进行工作的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型为克服上述现有技术存在的器件暗电流较高、探测器需要外加电源才可以进行工作的技术问题，提供一种2d ga2s3/gan ii型异质结自驱动紫外光探测器，具有生长ga2s3/gan薄膜质量好，器件获得自驱动性能，具有外量子效率高，响应速度快和灵敏度高的优点。

2、为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

3、一种2d ga2s3/gan ii型异质结自驱动紫外光探测器，由下往上依次包括：si衬底层、aln/algan缓冲层、u-gan缓冲层和n-gan层；

4、所述n-gan层上方一侧设置有2d ga2s3层，所述2d ga2s3层与n-gan层构成ii型异质结结构，所述n-gan层上方另一侧设置有第一金属电极；所述2d ga2s3层上方设置有第二金属电极。

5、优选地，n-gan层设有孔，2d ga2s3层位于n-gan层孔内，且n-gan层和2d ga2s3层接触；第二金属电位于n-gan层4外侧，且第二金属电极与n-gan层接触。

6、由于algan材料自身容易发生相分离，本发明创新的采用mocvd方法在aln/algan缓冲层、u-gan缓冲层上生长n-gan薄层，通过沉积2d ga2s3层后转移2d ga2s3至n-gan层制备紫外光探测器具有以下突出优势：

7、1、本发明的紫外光探测器使用衬底层-缓冲层-功能层的结构，增大了n-gan层的面积，从而有效提高该器件的工作效率；2、mocvd适合大面积材料生长，可获得大面积n-gan薄膜；3、采用缓冲层结构，降低晶格失配，且n-gan为薄层，可降低相分离，可提升n-gan薄膜质量；4、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，从而获得高性能紫外光探测器；5、宽带隙材料在同样的温度下具有较小的本征载流子浓度，有助于探测器的热载流子浓度保持在一个相当低的水平，因而减小了器件漏电流的情况；6、由于很强的化学键，该紫外光探测器器件的制作工艺就能同相当多的半导体高温可燃加工工艺相兼容；7、2d ga2s3材料与gan功能层形成ii型结异质结，这种极强的化学键还减缓了器件的老化过程，使其能在极其恶劣的条件下工作相当长的时间。

8、进一步地，所述si衬底的厚度为450～460μm。

9、进一步地，所述aln/algan缓冲层包括aln层和algan层。

10、进一步地，所述aln层的厚度为300～400nm。

11、进一步地，所述algan层的厚度为450～650nm。

12、进一步地，所述u-gan缓冲层的厚度为1.0～2.0μm。

13、进一步地，所述n-gan层的厚度为140～200nm。

14、进一步地，所述2d ga2s3层的厚度为95～105nm。

15、进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极为ni/au金属层电极，所述ni/au金属层电极包括ni层和au层。

16、进一步地，所述ni层和au层的厚度分别为80～120nm。

17、进一步地，第二金属电极的截面为矩形。

18、与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

19、本发明通过引入缓冲层提升algan材料质量，通过采用2d ga2s3材料与gan功能层形成ii型结异质结结构，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，而探测器中ga2s3的使用可以显著提高探测器的荧光性能。同时由于二维生长材料表面无悬挂键，降低了暗电流，使得二维材料与传统研究材料相结合，获得了高性能水平的创新型器件。

20、通过2d ga2s3/gan ii型异质结结构，在异质结界面处建立内建电场，电子向2dga2s3层迁移，空穴向n-gan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，实现了自驱动、高响应紫外光探测器结构设计及制备。

21、通过在n-gan层上引入2d ga2s3层，利用2d ga2s3材料禁带宽度为3.05ev及其天然p型的特点，能够与n-gan层实现ii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，实现了高响应的紫外探测器；宽带隙材料在同等温度下具有较小的本征载流子浓度，有助于探测器的热载流子浓度保持在一个相当低的水平，因而减小了器件漏电流的情况。