一种有机/GaN异质p-n结紫外光探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种紫外光探测器及其制备方法，具体涉及一种新型的有机/GaN异质P-n结紫外光探测器及其制备方法，属于半导体器件领域。
【背景技术】
[0002]紫外光探测器是一种在军，民领域均得到广泛应用的光电探测器。作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(氮化铟，氮化铝，氮化镓)以其惊呆宽度达、光谱范围宽(覆盖了紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。GaN基紫外探测器是一种个非常重要的GaN基光电子器件，在导弹警告、紫外通信、飞行器制导、宇宙飞船、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。与硅紫外探测器相比，GaN基紫外探测器由于具有可见光盲、量子效率高，可以在高温和苛刻环境下工作等不可比拟的优点，在实际应用各种可以做到虚警低、灵敏度高、抗干扰能力强、极大收到了人们的关注，已成为替代价格昂贵，适用范围有限的光电倍增管和传统硅基探测器首选材料。然而，尽管单晶薄膜器件的光电性能非常优异，但这类高质量的单晶半导体薄膜却一直存在很多难题需要解决，如所需设备昂贵，生长，掺杂技术难度高，这些因素使得单晶半导体薄膜紫外光探测器的制造成本仍然很高，无法得到普及应用。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于提供的一种有机/GaN异质p-η结紫外光探测器，其具有优异光电性能，稳定性好，传输快等特点，且成本低廉，结构易调，从而克服了现有技术中的不足。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种制备前述有机/GaN异质p-η结紫外光探测器的方法。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种有机/GaN异质p-n结紫外光探测器，包括主要由沿设定方向层叠设置的GaN层和有机层形成的有机/GaN异质p-n结，其中，所述GaN层和有机层上还分别连接有第一电极和第二电极。
[0006]作为较为优选的方案之一，所述GaN层具有纳米孔阵列结构。
[0007]进一步的，所述有机层主要由有机高分子导电聚合物组成，所述有机高分子导电聚合物可选自但不限于P型掺杂聚吡咯，P型掺杂聚苯胺，聚噻吩衍生物或萘酰亚胺衍生物。
[0008]进一步的,所述有机层的厚度<10um。
[0009]进一步的，所述GaN层设置在衬底上，所述衬底包括蓝宝石、碳化硅或硅衬底。
[0010]一种有机/GaN异质p-n结紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤:
(I)采用外延生长工艺在衬底上生长GaN层，所述外延生长工艺包括金属有机气相沉积工艺，分子束外延工艺或氢化物气相外延工艺； (2)以金属材料在GaN层上形成第一电极，以及在GaN层上覆设有机层；
(3)在有机层上设置第二电极。
[0011 ] 作为较为优选的实施方案之一，步骤(I)还包括:对所述GaN层进行刻蚀处理，从而在GaN层中形成纳米孔阵列结构。
[0012]进一步的，步骤(2 )包括:以电子束蒸发金属材料，在GaN层上形成金属电极层，而后进行高温退火，形成第一电极；
其中，所述金属材料可选自但不限于T1、Al、N1、Au、In中的任意一种或两种以上的组口 ο
[0013]进一步的，步骤(2 )中，在GaN层上覆设有机层的方法包括电化学沉积，旋涂，浸涂或滴涂工艺；
其中，用以形成所述有机层的有机高分子导电聚合物可选自但不限于P型掺杂聚吡咯，P型掺杂聚苯胺，聚噻吩衍生物(相对于n-GaN)或萘酰亚胺衍生物(相对于p_GaN)。
[0014]进一步的，步骤(3)包括:在有机层上涂覆厚度为2_200nm的电极层，而后在110-120°C低温退火，形成第二电极；
其中，用以形成第二电极的材料可选自但不限于Ta、T1、Cr、W、Mo、Au、Ag中的任意一种或两种以上的组合。
[0015]与现有技术相比，本发明至少具有如下优点:
(1)通过采用宽带隙半导体材料GaN和有机半导体材料构建异质p-n结紫外光探测器，充分利用了无机半导体GaN光电性能优异，稳定性好及传输快，以及有机材料价格低廉，结构易调等优点，并且通过无机材料和有机材料的协同作用，还使制得的有机/GaN复合材料性能优于单组分材料，同时，器件制备工艺简单，易于实现，在有效地节约成本的情况下，可以使器件性能更加优越；
(2)优选的，通过对GaN层进行刻蚀形成纳米孔阵列，还可增加异质结接触面积及其紫外光的反射，其中纳米孔的孔径，孔高和有机层的厚度均可调，如此可保证光吸收主要发生在空间电荷区，同时确保耗尽层电场足够强，从而有效抑制光生载流子的复合，提高探测器的响应强度。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一典型实施方案中一种有机/GaN异质p-η结紫外光探测器的结构示意图:
图2是本发明一优选实施方案中一种有机/GaN异质p-n结紫外光探测器的,其中GaN层具有经刻蚀形成的纳米孔阵列结构；
图3是本发明一优选实施方案中一种具有纳米孔阵列结构的GaN层的扫描电镜图片； 图4是本发明实施例1中有机/GaN异质p-n结紫外光探测器的横截面的扫描电镜图片;
图5是本发明实施例1中有机/GaN异质p-n结紫外光探测器的电流密度_电压图片。
【具体实施方式】
[0017]本发明的一个方面旨在提供一种有机/GaN异质p-η结紫外光探测器，包括主要由沿设定方向层叠设置的GaN层和有机层形成的有机/GaN异质p-η结,其中，所述GaN层和有机层上还分别连接有第一电极和第二电极。
[0018]作为较为优选的方案之一，所述GaN层具有纳米孔阵列结构。
[0019]作为较为典型的实施例之一，参阅图1，该有机/GaN异质p-n结紫外光探测器采用无孔GaN作为无机层，其基本结构包括:衬底I (如，蓝宝石衬底)，GaN薄膜2 (即，GaN层)，GaN侧电极层3 (即，第一电极)，有机层4，有机层电极5 (S卩，第二电极)。
[0020]作为较为优选的实施例之一，参阅图2，该有机/GaN异质p-η结紫外光探测器采用具有纳米孔阵列结构的GaN (亦称，多孔GaN)作为无机层，
本发明的另一个方面旨在提供一种制备前述器件的工艺，作为较为典型的实施例之一，该工艺可以包括:
I) GaN薄膜(B卩，GaN层)的生长是采用金属有机气相沉积工艺，分子束外延工艺，氢化物气相外延等工艺外延生长。
[0021]2)为了得到多孔GaN层，对其进行干法或湿法刻蚀从而形成纳米孔阵列。
[0022]3)GaN上侧电极(亦即，第一电极)的制备方法是通过电子束蒸发金属，并进行高温退火的方法制得。
[0023]4)将所得GaN层进行丙酮，乙醇超声清洗20min，之后用去离子水冲洗干净并吹干，涂覆一层有机层。
[0024]5)在有机层上涂覆一层2_200nm的电极层，经低温退火形成第二电极层。
[0025]以下结合附图即若干较佳实施例对本发明的技术方案作更为具体的说明。
[0026]实施例1:
采用金属有机气相沉积工艺生长GaN薄膜，用NH3作氮源，用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作镓源，反应温度高于900摄氏度，在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。之后用丙酮，乙醇超声清洗GaN，再用去离子水冲洗干净并吹干。在GaN衬底上通过电子束蒸发金属Ti/Al/Ni/Au，厚度具体为 20nm/120nm/70nm/100nm并分别在2000C /5850C /6000C /885°C进行退火处理的方法制备侧电极。以GaN为工作电极，pt丝做侧电极和对电极，置于电解液(0.05mM吡咯+0.1mM高氯酸钠水溶液)中，采用计时电位法电化学沉积，其中电流密度0.1mA/cm2,沉积时间1.5h，从而得到有机/GaN复合异质结结构。最后在有机层上蒸镀一层厚度为2nm的金在120摄氏度退火处理后用做电极。本实施例所获器件结构及性能请参阅图3-图5。
[0027]实施例2:
采用金属有机气相沉积工艺生长GaN薄膜，用NH3作氮源，用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作镓源，反应温度高于900摄氏度，在蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。将生长的GaN薄膜用干法刻蚀的方法刻蚀，得到多孔GaN，之后用丙酮，乙醇超声清洗，再用去离子水冲洗干净并吹干。在GaN衬底上通过电子束蒸发金属Ti/Al/Ni/Au，厚度具体为20nm/120nm/70nm/100nm并分别在200°C /585°C /600°C /885°C进行退火处理的方法制备侧电极。以GaN为工作电极，Pt丝做侧电极和对电极，置于电解液(0.0