基于GaN微絲陣列的UV金屬半導(dǎo)體探測器

華南師范大學(xué)和北京大學(xué)在（100）硅上開發(fā)了基于氮化鎵（GaN）微絲陣列的紫外（UV）金屬 - 半導(dǎo)體 - 金屬（MSM）探測器。

在此項研究中，研究人員稱此款探測器具有比目前報道的多數(shù)GaN納米/微絲或薄膜紫外檢測器更好的性能。該團隊認為其在光電子和片上光電集成系統(tǒng)有很大的應(yīng)用潛力。

研究人員通過一種自上而下的技術(shù)來創(chuàng)建水平微絲，該技術(shù)與垂直導(dǎo)線隨機放置和不均勻直徑或曲率不同的波導(dǎo)生長方法相比，可以實現(xiàn)更好的生產(chǎn)重復(fù)性。 此外，該技術(shù)減少了對結(jié)構(gòu)到另一基板的復(fù)雜剝離和層轉(zhuǎn)移的需要或其他增加生產(chǎn)成本的復(fù)雜過程。

利用300nm等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）二氧化硅層制備2英寸高阻（100）硅襯底，該二氧化硅層被轉(zhuǎn)成3μm條紋；通過氫氧化鉀濕法蝕刻硅表面使其產(chǎn)生具有（111）小平面的梯形通道，使其呈現(xiàn)最有利于III族氮化物生長的六方原子排列； 然后用氫氟酸溶液除去氧化物。

微絲陣列通過采用300nm AlN絕緣緩沖液低壓（100mbar）金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD），然后再摻雜入GaN（圖1）制備得到。將導(dǎo)線與兩個相距20μm的鎳/金肖特基電極接觸。通過熒光實驗可以看出其顯示出了一個尖銳且高強度的近帶邊發(fā)射峰，中心為364.5nm（~3.4eV），且并未未觀察到代表雜質(zhì)和缺陷的黃色發(fā)光。

圖1：（a）圖案化硅襯底上的GaN基微絲陣列的示意圖。（b）典型的SEM 圖像。（c）GaN微絲的HR-TEM 圖像。（d）制造的有序排列的探測器的光學(xué)顯微鏡圖像; 比例尺100μm。（e）一個探測器的放大圖像; 比例尺20μm。

在2500μW·cm-2 325nm氦鎘激光功率，5.0V偏壓下，電流為2.71mA；暗電流為1.3μA，靈敏度為2.08×10E5％；電流 - 光輸出功率依賴性遵循冪指數(shù)為0.995；冪指數(shù)接近1表示為低密度的陷阱態(tài)和GaN微絲的晶體質(zhì)量很好；響應(yīng)度計算為1.17x10E5A / W，外部量子效率（EQE）為4.47x10E5；最大特定探測率為10E16瓊斯。

研究人員聲稱，他們所研制的紫外光電探測器與目前報道的單一GaN納米/微電子和納米線陣列光電探測器相比具有高紫外線靈敏度，高響應(yīng)度和高EQE的特點。

圖2：（a）GaN微絲的室溫微熒光光譜; （b）黑暗（黑色曲線）和325nm紫外線照射（紅色曲線）下的I - V 特性; 插圖，測試光電探測器的原理圖; （c）與光密度有關(guān)的I - V曲線; （d）電流隨光強度而變化; （e）響應(yīng)度和EQE相關(guān)的波長曲線; （f）特定的檢測率依賴的功率密度曲線。

該團隊還在藍寶石上創(chuàng)建了一個具有3μmGaN層的對比器件。這些器件采用鎳/金觸點。電極光刻使用與硅上的微絲器件相同的光掩模。靈敏度，響應(yīng)度和EQE分別為2.77x10E4％，0.21A / W和0.80。