p-GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治异质结紫外光电探测器光电性能

摘要

目的通过设计一种新型p-GaN/ZnO(薄膜+纳米线)三明治异质结结构,提高ZnO对紫外光的响应。方法利用化学气相沉积(CVD)方法,在蓝宝石/GaN衬底上生长出纳米线+薄膜交错排列的ZnO,得到具有三明治结构的p-GaN/ZnO材料。通过旋涂Ag纳米线(NWS)、滴银胶为电极,制备三明治结构的异质结紫外(UV)光电探测器。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征物相及形貌;利用光致发光(PL)和拉曼(Raman)光谱分析晶体结晶情况;利用半导体分析测试仪对该三明治异质结UV光电探测器进行光电性能测试,得到其光电性能变化规律。结果该三明治结构光电探测器顶部为ZnO薄膜,中间为ZnONWS与纳米片交错排列分布,底部为GaN。这种二维(2D)/一维(1D)/2D结构使入射光在结构内多次反射和散射,提高了光程长度,进而提高了光吸收。另外,由于p-GaN和n-ZnO形成PN结,在内建电场作用下,可以有效提高光生电子-空穴分离效率。光电性能测试结果表明,在偏压2V、光功率密度520μW/cm^(2)(365nm)条件下,响应度(R)为35.8A/W,上升时间(t_(r))为41.83ms,下降时间(t_(d))为43.21ms,外量子效率(E_(q))为122%,比探测率(D^(*))为1.31×10^(12)cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。结论通过一步CVD法制备新型p-GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治结构UV光电探测器,可以有效提高ZnO对紫外光的响应,为探索新式结构光电探测器提供可能。