[发明专利]一种基于等离子激元的深紫外光电探测器

说明书

本发明为一种基于等离子激元的深紫外光电探测器。该探测器的结构自下至上包括：衬底、缓冲层、吸收层和叉指电极；其中，在叉指电极部分之外的吸收层上，嵌有金属纳米柱；所述的金属纳米柱的材料为Al。本发明易于在深紫外波段发生等离子激元共振，同时增加了金属与有源区材料的接触面积，增加了热载流子通过热发射进入有源区的面积，从而可以充分利用等离子激元的作用增加深紫外探测器的响应度。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种基于等离子激元的MSM型深紫外光电探测器的结构和制备方法。

背景技术

紫外光是电磁波谱的波长在0.1～0.4μm区域的光。而对于太阳发射出的波长小于0.28μm的紫外光，一般会被地球的大气层所吸收，因此，0.2～0.28μm的波段范围被称为“日盲”区域，即深紫外区域。而在军事应用和人们的日常生活中，专门针对深紫外的光进行探测的深紫外探测器有着非常重要的作用。目前，深紫外探测器可广泛用于紫外线天文学、臭氧检测、火灾报警等领域。但由于深紫外信号的强度一般都比较弱，所以对深紫外的光电探测器响应度提出了非常高的要求。当前MSM型探测器、PIN型探测器、肖特基势垒型探测器等多种结构类型的探测器被研发出来，以提高探测器的性能。其中，MSM型深紫外探测器因为具有响应速度快、暗电流低等优点，而被越来越多的人关注。虽然MSM型深紫外探测器有很大的应用潜力，但其有源区的材料对光的吸收不够高，表面较强的菲涅尔反射以及其他各种载流子复合都限制了MSM型深紫外探测器的性能。利用一些纳米结构去提高其性能是非常有效的手段，比如表面纳米图形结构、纳米颗粒结构以及等离子激元效应等。其中，最近兴起的等离子激元在MSM型探测器上有着较多的应用，且表现出了良好的性能。在发生等离子激元共振时，其金属纳米结构可以增加对入射光的散射，从而增加吸收区对光的吸收；同时，由于金属结构对入射光的耦合，其光场会被增强，所以会有利于器件对光的吸收；另外，金属纳米结构附近的局域电场也会增强，从而加速光生载流子的分离和输运；由金属吸收和等离子激元共振所产生的热载流子，在具有足够能量的情况下，可以越过金属纳米结构与吸收层之间的肖特基势垒，从而对光电流有所贡献。因此，通过利用光与金属纳米阵列发生等离子激元共振的效果，可以从多方面有效提高探测的响应度。

目前在基于等离子激元共振的光电探测器中，其结构是在传统的MSM紫外探测器的叉指电极之间制备金属纳米粒子，但由于纳米颗粒的形状和尺寸无法进行精确有效的控制，因此其应用受到了一定程度的阻碍。此外，对于深紫外的探测器，通常用到的是AlGaN和碳化硅等具有高折射率的材料，这也严重限制了常规经常被报告的纳米盘和纳米半球结构在深紫外波段发生强的等离子激元共振。而对于纳米球结构，其制备困难，且其与有源区材料接触面积小，非常不利于热载流子的热发射过程。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的成本昂贵，或制备过程复杂，不利于大规模生产等不足，提供一种基于等离子激元的深紫外光电探测器的结构和制备方法。该结构通过在吸收层表面、叉指电极之间的区域制备规则形状的部分嵌入式的纳米柱阵列结构，使其易于在深紫外波段发生等离子激元共振现象，同时增加了金属与有源区材料的接触面积，增加了热载流子发射的进入有源区的面积，从而可以充分利用等离子激元作用增加深紫外探测器的响应度。除此之外，由于纳米柱部分嵌入到吸收层的内部，其表面纳米结构与吸收层之间的粘附性会大大增强，能有效地防止表面纳米结构的脱落，因此大大的增加了表面纳米结构的稳定性。

本发明的技术方案为：

一种基于等离子激元的深紫外光电探测器，该探测器的结构自下至上包括：衬底、缓冲层、吸收层和叉指电极；其中，间隔分布的叉指对电极之间的间隙部分的吸收层上，嵌有金属纳米柱；金属纳米柱以阵列形式分布或随机排列。

所述的金属纳米柱的材料为Al，高度为0.02μm～1μm，直径为0.005μm～0.5μm，在吸收层内部分的深度为0.01μm～1μm，分布周期0.02μm～5μm；

所述的衬底的材质为sapphire、Si、SiC、GaN或AlN；