[发明专利]一种高性能自驱动GaN纳米线紫外探测器的制作方法

说明书

一种高性能自驱动GaN纳米线紫外探测器的制作方法涉及半导体光电探测领域，包括：(1)对绝缘衬底进行抛光，清洗后进行等离子体高温氮化处理；(2)生长多晶GaN纳米线；(3)设计非对称叉指电极，其中非对称叉指电极两级面积差介于0.3‑5mmsupgt;2/supgt;，叉指电极之间的指间距为50‑300μm，指宽为50‑200μm，整体叉指电极模块的长为1‑9mm，宽为1.5‑13mm。(4)将掩模版放置在GaN样品上，进行冷溅射。本发明利用制备非对称电极导致耗尽层宽度不同从而形成内建电势差，电势差大于0.1eV,以此促进电子空穴对分离提高紫外响应速度，其光响应时间、恢复时间小于1ms；光响应度大于30mW/cmsupgt;2/supgt;，探测率大于10supgt;12/supgt;Jones。

技术领域

本文涉及一种半导体禁带光激发领域的高性能自驱动GaN纳米线紫外探测器，尤其涉及非对称MSM型肖特基型光电探测器。

背景技术

随着科技的发展，人类对于400-700nm以外的光波长的探索具有极大的兴趣，光探测器是一类能够吸收特定波长的光，并将光子的能量转化为光电流的器件，而氮化镓(GaN)是三代半导体中的典型代表，其禁带宽度为3.4eV，刚好对应365nm波长的光激发，对于氮化镓在紫外探测领域的研究是目前全球半导体行业的热点，其具有宽禁带，高载流子迁移率，高热导率，高化学稳定性等优异的化学和物理性质，能够适用多种应用场景。

氮化镓紫外探测器的主要工作原理分为以下几步：首先氮化镓纳米线吸收对应波长(365nm)的光子，光子的能量激发位于价带的电子跃迁到导带，产生电子空穴对；其次在期间的内置电场作用下电子空穴对分离；最后在电极处收集载流子，通过外接导线形成电流。

目前在全球的大环境下，高效，低能耗是紫外探测领域的发展方向，目前提高紫外探测器的探测性能其中一方面主要是减少制备过程中形成的缺陷，能够制备高结晶性和少缺陷的氮化镓材料是提高紫外探测器性能的主要手段，更为重要的是选择合适的探测器结构，目前紫外探测器结构主要有一下这几种方案：以利用pn结的结构包括p-n型，p-i-n型，以利用肖特基接触的结构包括MIS型，MSM型等，目前大多数的紫外探测器都是依赖外部偏压驱动才能够进行工作，这限制了它们在实时实际应用中的独立性。同时也增加了工作时的功耗。

如今国内外针对GaN基紫外探测器进行了一些探究，涉及各种结构与异质结，但总体上存在制备工艺复杂，探测率低，综合性能有待提升。

发明内容

本发明提出的氮化镓纳米线紫外探测器的制作方法利用低成本的MPCVD制备原始GaN纳米线，使用磁控溅射仪冷溅射制备非对称叉指电极，避免了制备紫外探测器制备过程种需要超高真空，避免了多层薄膜的重叠制备，有效解决了探测器的制作过程繁琐，制备工艺复杂的问题，并且具有优良的探测性能，为氮化镓纳米线紫外探测器的大规模生产应用提供了有效途径。

一种GaN紫外探测器的制备具体方法包括以下步骤：

步骤一、探测器绝缘基底材料等离子体氮化处理；探测器基底材料为电绝缘材料或基底表面为绝缘层，有机清洗后进行表面等离子体氮化处理，之后采用磁控溅射在等离子体氮化处理后的基底上制备催化剂层，催化剂为金属，催化剂层厚度3-10nm。

步骤二：GaN纳米线紫外探测功能膜层制备；在等离子体氮化处理及溅射催化剂的基底上制备GaN纳米线薄膜，所制备GaN纳米线长度为5-20μm，直径为50-300nm；；

步骤三：非对称电极掩模版设计与制作；非对称叉指电极两级面积差介于0.3-5mm²，叉指电极之间的指间距为50-300μm，指宽为50-200μm，整体叉指电极模块的长为1-9mm，宽为1.5-13mm；

步骤四：沉积金属电极；利用掩模版溅射电极厚度为50-200nm，的金属电极；