[发明专利]一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种等离激元增强型深紫外探测器、其制备方法及应用。所述等离激元增强型深紫外探测器包括包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间。本发明利用金属颗粒所产生的局域等离激元和金属颗粒阵列所产生的等离激元周期性衍射共振模式，将两种紫外波段的入射光耦合到金属纳米结构，来实现探测器表面两种紫外波段的光场增强，提高探测器材料对入射光的吸收率，改善深紫外探测器对两种波长的光响应度；并且通过调节金属颗粒的周期和尺寸能够实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合。

技术领域

本发明涉及深紫外探测器，具体涉及一种等离激元增强型深紫外探测器的器件结构及其制作方法，属于光探测及半导体器件领域。

技术背景

金属颗粒在入射光的激励下，会产生表面电子的集体震荡，通过光和电子的共振将光约束在金属颗粒表面几十纳米甚至更小的范围，形成很强的局域电磁场，即表面局域等离子体效应，可以表现奇异的光学特性。另外，当金属颗粒形成周期性阵列时，在一定的激发电磁波长下，颗粒周期阵列的衍射模式和单个颗粒的局域等离激元共振发生相互作用，显示出一种新奇光学振荡模式。美国西北大学的Teri W.Odom等人(2013,NatureNanotechnology)利用金属颗粒周期阵列的共振模式，结合红外染料荧光分子增益材料，实现室温等离激元耦合红外光致激射发光。另外基于金属颗粒局域等离激元共振产生的局域场增强实现探测器响应率增加已屡见不鲜。但是如何将金属颗粒和周期阵列场强增强效应有效结合实现双波长的深紫外探测器效率改善还未见报道。

近年来，Al_xGa_1-xN合金材料在紫外探测器制备中引起了广大关注。Al_xGa_1-xN合金是直接带隙的半导体，且随成分变化，其带隙宽度可连续从镓氮的3.4eV变化到铝氮的6.2eV；带隙宽使得它的暗电流和漏电流较小；高的量子转化效率、优越的物理化学稳定性、耐高温、耐腐蚀等优点，使基于Al_xGa_1-xN/GaN材料的紫外探测器在环境监控、医疗检测及紫外-天文学领域有广泛应用前景。基于AlGaN/GaN的探测器包括pin结、金属-半导体肖特基势垒及金属-半导体-金属(MSM)结构，但这些结构要获得低暗电流和高响应率仍面临很大挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法。

为实现以上发明目的，本发明采用了如下所述的技术方案：

本发明实施例提供了一种等离激元增强型深紫外探测器，其包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间。

在一较为具体的实施案例中，所述等离激元增强型深紫外探测器还包括缓冲层，所述异质结形成在缓冲层上。

在一较为具体的实施案例中，所述异质结包括Al_xGa_1-xN/GaN异质结和/或GaO/GaN异质结，其中，0.1≦X≦0.3。

优选的，所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和Al_xGa_1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。

在一较为具体的实施案例中，所述周期性金属颗粒阵列包括阵列排布的复数个金属颗粒，且所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：p-d≦40nm，40nm≦p≦200nm，20nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。

本发明实施例还提供了前述的等离激元增强型深紫外探测器的制作方法，其包括：

在衬底表面形成缓冲层；

在所述缓冲层表面形成异质结；