[发明专利]一种基于AlGaN/GaN异质结的位置传感器、制备方法及检测方法

说明书

本发明提出了一种基于AlGaN/GaN异质结的位置传感器、制备方法及检测方法，其包括衬底，AlGaN/GaN异质结，顶部两侧的金属电极和盖帽层。利用恒定紫外光斑照射位置与器件光电响应之间的关系，实现对光斑位置的定位。本发明采用的AlGaN/GaN异质结，相比硅基光电位置传感器，可以在恶劣环境，如高温、高压等条件下工作，具有光谱选择性感应、对可见与红外的干扰不敏感，分辨率高和响应速度快等优势。

技术领域

本发明涉及光电位置传感器领域，具体是一种基于AlGaN/GaN异质结的位置传感器、制备方法及检测方法。

背景技术

作为可以探测光斑位置的光电位置传感器，在工业检测、学术研究与国防军事上有着重要的应用价值，结合激光技术，至今已在许多行业中得到了应用，目前已运用到需要高精度监测的各行各业中，如原子力显微镜中的悬臂位移检测、桥梁的振动监控、机器人视觉定位和导航系统等。

虽然光电探测器构成的阵列也同样可以用于光斑的位置传感，即阵列式图像传感器，但由于像素之间存在着间隙，导致光斑位置测量在这些区域存在盲区，同时，需要更复杂的制备工艺。而光电位置传感器可看成单个大面积光电探测器，通常在厘米级别，因此可以有效克服像素点的不连续性，实现高分辨率测量光斑位置，并在工艺上大幅度简化，从而可大幅度降低器件的制造成本；此外，光电位置传感器对于光斑的大小不敏感，因此对尺寸较大光斑的也能精确地定位其中心点，具有非常高的灵敏度。

目前已商业化的位置传感器仍以窄带隙的硅光电探测器为主，其结构以p-n、p-i-n型和肖特基为主，与需要加偏压并以测得光电流为手段的光电探测器的工作原理不同，其原理主要是通过在垂直结构的结内电场的作用下，将光生电子-空穴对分离，利用两种载流子横向扩散及光斑与各电极间距离的不平衡性，使电极间因收集载流子数不同，让横向光伏或光电压与光斑位置产生联系，从而在零偏压下实现对光斑位置的定位。此外，学术上也提出了用其它柔性材料，如有机半导体、二维材料等代替硅材料，基于横向光电效应原理，实现了对光斑位置的检测，并能用在柔性电子领域。

但是各种材料有各自的局限性，如有机半导体受困于其稳定性差，迁移率低导致工作面积小、响应速度慢；二维材料大面积制备仍有难度，单层原子层使光电响应度偏低；而商用的硅光电位置光感器，与有机半导体、二维半导体一起，具有的宽光谱范围却不利于光谱的选择性识别，如紫外光与紫光等，同时，这些半导体在一些极端条件下，如高温、高压或太空中的高辐射环境，不能有效工作甚至器件击穿或烧毁。对于光电位置传感器，这些问题至今还未得到有效解决。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种基于AlGaN/GaN异质结的位置传感器，包括长条状衬底、位于所述衬底上的AlGaN/GaN异质结、盖帽层和两端部金属电极；所述AlGaN/GaN异质结包括GaN层与AlGaN层；所述GaN层与AlGaN层之间设有1-2nm的AlN空间层。由于GaN有很强的自发极化，而AlGaN与GaN两者在界面处导带不连续，导致在异质结处存在非常大的能带弯曲，在GaN一侧形成三角形势阱，并用于光生载流子的分离。

优选的，所述GaN层为厚度200nm-1μm。

优选的，所述两端部的金属电极之间距离为5mm-3cm。

优选的，所述金属电极由Ti/Al/Ni/Au的多层金属结构组成，其中Ti金属与所述GaN层欧姆接触。

优选的，所述盖帽层为GaN；所述盖帽层厚度为1-2nm。

本发明还提供一种上述传感器的制备方法，包括

S1：清洗衬底表面；

S2：MOCVD法在衬底上外延生长GaN层；

S3:将多层金属电极蒸镀在GaN层上；

S4:在GaN层上生长厚度为1-2nm的AlN空间层；