基于自支撑GaN导电桥的紫外-可见光双波长复合光

本发明属于半导体光电器件领域，具体涉及一种基于自支撑gan导电桥的双波长复合光电探测器。背景技术：1、光电探测技术是现代信息获取的主要手段之一，近年来引起了业内人士的普遍关注，在军事和民用领域占有越来越重要的地位。光电探测技术的核心部件是光电探测器，其性能与光探测精度息息相关。目前，主要应用于制备光电探测器的半导体材料包括硅(si)基材料、砷化镓(gaas)体系材料和以氮化镓(gan)为代表的氮化物材料。对于si基材料和gaas体系材料由于禁带宽度较窄，虽然理论可探测波长范围可以覆盖紫外波段、可见光波段，但对于短波长入射光的强吸收系数使得其在材料表面被大量吸收，从而导致产生的光生载流子极易受到表面态的影响，使得大部分的电子-空穴对在材料表面发生复合，最终限制了基于这两种材料的光电探测器在短波长区域量子效率的提升。相比之下，以氮化镓(gan)为代表的氮化物材料由于具有宽禁带、直接带隙、带隙可调、高电子迁移率、高击穿电压以及强抗辐照能力等特点，在短波长探测领域具有天然优势。2、经过二十多年的发展，氮化物基光电探测器性能已经取得了极大提升。然而，目前氮化物基光电探测器只能实现紫外光(gan)或可见光(ingan)的单波长探测，这大大限制了氮化物基光电探测器的应用场景。随着科学技术的不断进步，单一波长探测器无论是在军用还是民用领域都逐渐无法满足实用需求，复合探测技术由于其多波长探测的优点，必将是未来各个领域的发展方向。因此，如何实现多波长探测是当前氮化物基光电探测器发展过程中的一个重要课题。技术实现思路1、本发明的目的在于解决传统氮化物基光电探测器只能实现单波长探测的问题，并提高了光响应速度和光生载流子收集效率。2、为了实现上述目的本发明采用以下技术方案：3、本发明提供了一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，包括从下至上的支撑衬底、缓冲层、ingan薄膜，在所述ingan薄膜之上设置有左金属电极、绝缘层，在绝缘层之上设置有右金属电极，在所述右金属电极和ingan薄膜之上设置有自支撑gan薄膜导电桥。4、上述方案中，所述支撑衬底为绝缘刚性材料，包括蓝宝石、硅/氧化硅、碳化硅/氧化硅中的任一一种。5、上述方案中，所述缓冲层为晶格常数介于ingan薄膜和支撑衬底材料之间的材料，包括gan、aln、algan中的任意一种。6、上述方案中，所述ingan薄膜是通过金属有机物化学气相沉积(mocvd)或分子束外延(mbe)生长于缓冲层之上。7、上述方案中，所述左金属电极和右金属电极均为高功函数金属，以分别和ingan薄膜、自支撑gan薄膜形成肖特基结，包括金、银、铂、镍、钛中的任一一种。8、上述方案中，所述绝缘层用以隔断右金属电极和ingan薄膜之间的直接电学连通，包括sio2、tio2、ta2o5中的任一一种，所述绝缘层厚度应超过20nm，防止过薄而导致电场效应。9、上述方案中，所述自支撑gan薄膜导电桥是通过电化学剥离技术从生长衬底上剥离下来的独立薄膜；10、所述自支撑gan薄膜导电桥厚度在50～1000nm之间，过薄会导致对入射光的吸收不足，过厚会导致自支撑gan薄膜的大量表面态无法发挥作用；11、所述自支撑gan薄膜导电桥作用一方面是作为导电桥实现ingan薄膜与右金属电极的电学连接，另一方面是与ingan薄膜形成范德华异质结。12、因为本发明采用上述技术手段，因此具备以下有益效果：13、1.经过二十多年的发展，氮化物基光电探测器性能已经取得了极大提升，然而，目前氮化物基光电探测器只能实现紫外光(gan)或可见光(ingan)的单波长探测。本发明通过将自支撑gan薄膜与ingan相结合，能够实现对紫外、可见光的双波长复合探测，解决了传统氮化物基光电探测器只能实现单波长探测(紫外光或可见光)的问题，从而进一步拓展氮化物基光电探测器的应用场景。14、2.由于电化学剥离，自支撑gan薄膜剥离面具有大量表面态，这些表面态的存在能够在器件工作时充当陷阱中心，通过俘获/释放平行于薄膜表面流动的光生载流子，达到延长光生载流子寿命的效果，从而增强器件内部增益，提高器件光响应度和灵敏度。15、3.不同于传统外延生长的gan/ingan异质结，本发明中自支撑gan薄膜导电桥与ingan薄膜之间形成的是范德华异质结，其界面处不存在晶格失配的问题，这大大减少了晶格缺陷密度，从而提高gan/ingan异质结光电探测的光生载流子收集效率。技术特征：1.一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，包括从下至上依次设置的支撑衬底(1)、缓冲层(2)、ingan薄膜(3)，在所述ingan薄膜之上设置有左金属电极(4)、绝缘层(5)，在绝缘层(5)之上设置有右金属电极(6)，在所述右金属电极和ingan薄膜之上设置有自支撑gan薄膜导电桥(7)。2.根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，所述支撑衬底为绝缘刚性材料，包括蓝宝石、硅/氧化硅、碳化硅/氧化硅中的任一一种。3.根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，所述缓冲层(2)为晶格常数介于ingan薄膜(3)和支撑衬底(1)材料之间的材料，包括gan、aln、algan中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，所述ingan薄膜是通过金属有机物化学气相沉积或分子束外延生长于缓冲层之上。5.根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，所述左金属电极和右金属电极均为高功函数金属，以分别和ingan薄膜、自支撑gan薄膜形成肖特基结，包括金、银、铂、镍、钛中的任一一种。6.根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，所述绝缘层用以隔断右金属电极和ingan薄膜之间的直接电学连通，包括sio2、tio2、ta2o5中的任一一种，所述绝缘层厚度应超过20nm。7.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种基于自支撑gan导电桥的紫外-可见光双波长复合光电探测器，其特征在于，技术总结本发明属于半导体光电器件领域，具体涉及一种基于自支撑GaN导电桥的紫外‑可见光双波长复合光电探测器，主旨在于解决传统氮化物基光电探测器只能实现紫外光(GaN)或可见光(InGaN)的单波长探测的问题，从下至上依次设置的支撑衬底(1)、缓冲层(2)、InGaN薄膜(3)，在所述InGaN薄膜之上设置有左金属电极(4)、绝缘层(5)，在绝缘层(5)之上设置有右金属电极(6)，在所述右金属电极和InGaN薄膜之上设置有自支撑GaN薄膜导电桥(7)。本发明的成功应用为氮化镓基紫外‑可见光双波长复合光电探测器的发展开辟了新的思路。技术研发人员：胡天贵,李霞,刘洋,师少龙受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）技术研发日：技术公布日：2024/8/16