一种柔性可见光探测器及其制备方法

本发明涉及光电探测，尤其涉及一种柔性可见光探测器及其制备方法。

背景技术：

1、随着新一代无线通信技术的发展，可见光波段的巨大频谱资源使可见光通信技术在新一代移动通信技术中占据举足轻重的地位。可见光探测器作为一种可将所检测到的光信号转换成电信号的半导体器件，是决定着整个可见光通信系统优劣的关键器件之一。

2、新一代高速可见光通信系统对光电探测器性能提出新的需求，而目前商用si基可见光探测器存在蓝光波段灵敏度低、si材料抗辐射能力弱以及需要复杂的滤光系统等问题，这将限制着si基光探测器在可见光通信通信系统中的应用。inxga1-xn(0<x<1)具有从0.68ev到3.4ev的可调带隙，这使其可实现对整个可见光光谱的光探测。而且，ingan材料具有良好的波长选择性、高的饱和电子迁移率、直接带隙以及带边光吸收系数高等优势，因此ingan基可见光探测器更利于实现高速可见光通信系统的需求。

3、而目前ingan可见光探测器通常采用刚性衬底，如蓝宝石、si等，这些衬底无法弯曲，这使得ingan基可见光探测器无法制备成柔性器件。为克服刚性衬底的限制，我们采用衬底刻蚀剥离的办法来制备垂直结构柔性光电探测器。而衬底刻蚀的方法也有利于缓解ingan外延材料中的内部应力，利于改善载流子的输运实现快速光响应。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种柔性可见光探测器及其制备方法。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种柔性可见光探测器，所述柔性可见光探测器结构包括：

4、柔性衬底；

5、位于所述柔性衬底上表面的分布式布拉格反射层；

6、位于所述布拉格反射层上表面的电流扩展层；

7、位于所述电流扩展层上表面的p型电极层；

8、位于所述p型电极层上表面的p型扩散层；

9、位于所述p型扩散层上表面的ingan/gan量子阱结构耗尽层；

10、位于所述周期性ingan/gan量子阱结构耗尽层上表面的n型扩散层；

11、位于所述n型扩散层上表面的n型电极层；

12、柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等柔性载体。

13、分布式布拉格反射层为周期交替sio2/tio2材料，反射中心波长为450nm。

14、电流扩展层为导电聚合物材料，包括pedot:pss、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)等。

15、n型电极层为ti/au合金结构，合金与n型扩散层形成欧姆接触。

16、n型扩散层为n型掺杂gan，厚度为50nm～300nm，掺杂浓度为1×1018cm-3～8×1018cm-3。

17、周期性ingan/gan量子阱结构层为本征掺杂，周期数为4～18，ingan厚度为2nm～3nm，gan厚度为8nm～12nm。

18、p型扩散层为p型掺杂gan，厚度为50nm～300nm，掺杂浓度为2×1018cm-3～1×1019cm-3。

19、p型电极为ti/al/ni/au合金，合金与p型扩散层形成欧姆接触。

20、本发明柔性可见光探测器的制备方法，包括如下步骤：

21、s1、在常用衬底(硅、蓝宝石等)上依次生长本征aln/algan/gan缓冲层；

22、s2、在缓冲层上生长重掺杂gan刻蚀层，掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1020cm-3，厚度为2μm-3μm；

23、s3、在gan刻蚀层上依次生长n型扩散层、周期性ingan/gan量子阱结构层和p型扩散层；

24、s4、裂片并清洗外延片，沉积p型电极；

25、s5、采用电化学法腐蚀重掺杂gan刻蚀层剥离衬底及缓冲层；

26、s6、在柔性衬底上沉积布拉格反射层；

27、s7、在布拉格反射层上旋涂电流扩展层，同时转移剥离衬底及缓冲层后的薄膜至具有布拉格反射层和电流扩展层的柔性衬底上，p型电极与电流扩展层键合；

28、s8、光刻并沉积图形化n型电极

29、s9、引出电极，封装芯片。

30、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

31、本发明关于柔性可见光探测器的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

32、本发明采用周期性ingan/gan量子阱结构来改善高in组分ingan薄膜晶体质量较差的问题；通过电化学选择性刻蚀完成刚性衬底的剥离，保留主要功能层结构，衬底剥离利于降低功能层内部极化及位错密度。

33、相比于平面电极结构探测器，垂直电极结构探测器可有效改善载流子的输运路径，进而提升探测器的响应速度；通过将功能层薄膜结构转移到布拉格反射层结构上的思路不仅可以避免直接在反射层上生长功能层而造成的晶体质量损伤，而且可以提升探测器的光吸收。

34、本发明柔性可见光探测器具有高速及高响应度，可满足下一代可见光通信系统的需求及其他应用场景。

35、图1为本发明的柔性可见光探测器的结构示意图；

36、图2为本发明的柔性可见光探测器的顶部俯视结构示意图

37、图3为本发明的柔性可见光探测器的制备方法流程图；

38、图4为本发明的ingan外延材料的tem图；

39、图5为本发明的ingan外延材料的hrxrd图；

40、图6为本发明的柔性可见光探测器的瞬态响应图；

41、图1中：101为柔性衬底，102为布拉格反射层，103为电流扩展层，104为p型电极层，105为p型扩散层，106为周期性ingan/gan量子阱结构层，107为n型扩散层，108为n型电极。

技术特征：

1.一种柔性可见光探测器，其特征在于，所述柔性可见光探测器结构包括：

2.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。

3.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述分布式布拉格反射层为周期交替sio2/tio2材料，反射中心波长为450nm。

4.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述电流扩展层为导电聚合物材料，包括pedot:pss、聚吡咯、聚噻吩。

5.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述n型电极层为ti/au合金结构，合金与n型扩散层形成欧姆接触。

6.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述n型扩散层为n型掺杂gan，厚度为50nm～300nm，掺杂浓度为1×1018cm-3～8×1018cm-3。

7.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述周期性ingan/gan量子阱结构层为本征掺杂，周期数为4～18，ingan厚度为2nm～3nm，gan厚度为8nm～12nm。

8.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述p型扩散层为p型掺杂gan，厚度为50nm～300nm，掺杂浓度为2×1018cm-3～1×1019cm-3。

9.根据权利要求1所述柔性可见光探测器，其特征在于，所述p型电极为ti/al/ni/au合金，合金与p型扩散层形成欧姆接触。

10.根据权利要求1～9任一项所述柔性可见光探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种柔性可见光探测器及其制备方法；探测器结构包括：位于所述柔性衬底上表面的分布式布拉格反射层；位于所述分布式布拉格反射层上表面的电流扩展层；位于所述电流扩展层上表面的P型电极层；位于所述P型电极层上表面的P型扩散层；位于所述P型扩散层上表面的InGaN/GaN量子阱结构耗尽层；位于所述周期性InGaN/GaN量子阱结构耗尽层上表面的N型扩散层；位于所述N型扩散层上表面的N型电极层；本发明提供了一种柔性高质量、高In组分的InGaN外延薄膜制备方法，该垂直PIN型可见光探测器结构具有高的蓝光响应度及响应速度。同时，该柔性探测器件可有效拓宽可见光通信在智能穿戴等领域的应用场景。

技术研发人员：李国强,陈亮,王文樑,柴吉星
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13