基于GaN微丝阵列的UV金属半导体探测器

华南师范大学和北京大学在（100）硅上开发了基于氮化镓（GaN）微丝阵列的紫外（UV）金属 - 半导体 - 金属（MSM）探测器。

在此项研究中，研究人员称此款探测器具有比目前报道的多数GaN纳米/微丝或薄膜紫外检测器更好的性能。该团队认为其在光电子和片上光电集成系统有很大的应用潜力。

研究人员通过一种自上而下的技术来创建水平微丝，该技术与垂直导线随机放置和不均匀直径或曲率不同的波导生长方法相比，可以实现更好的生产重复性。 此外，该技术减少了对结构到另一基板的复杂剥离和层转移的需要或其他增加生产成本的复杂过程。

利用300nm等离子体增强化学气相沉积（PECVD）二氧化硅层制备2英寸高阻（100）硅衬底，该二氧化硅层被转成3μm条纹；通过氢氧化钾湿法蚀刻硅表面使其产生具有（111）小平面的梯形通道，使其呈现最有利于III族氮化物生长的六方原子排列； 然后用氢氟酸溶液除去氧化物。

微丝阵列通过采用300nm AlN绝缘缓冲液低压（100mbar）金属有机化学气相沉积（MOCVD），然后再掺杂入GaN（图1）制备得到。将导线与两个相距20μm的镍/金肖特基电极接触。通过荧光实验可以看出其显示出了一个尖锐且高强度的近带边发射峰，中心为364.5nm（~3.4eV），且并未未观察到代表杂质和缺陷的黄色发光。

图1：（a）图案化硅衬底上的GaN基微丝阵列的示意图。（b）典型的SEM 图像。（c）GaN微丝的HR-TEM 图像。（d）制造的有序排列的探测器的光学显微镜图像; 比例尺100μm。（e）一个探测器的放大图像; 比例尺20μm。

在2500μW·cm-2 325nm氦镉激光功率，5.0V偏压下，电流为2.71mA；暗电流为1.3μA，灵敏度为2.08×10E5％；电流 - 光输出功率依赖性遵循幂指数为0.995；幂指数接近1表示为低密度的陷阱态和GaN微丝的晶体质量很好；响应度计算为1.17x10E5A / W，外部量子效率（EQE）为4.47x10E5；最大特定探测率为10E16琼斯。

研究人员声称，他们所研制的紫外光电探测器与目前报道的单一GaN纳米/微电子和纳米线阵列光电探测器相比具有高紫外线灵敏度，高响应度和高EQE的特点。

图2：（a）GaN微丝的室温微荧光光谱; （b）黑暗（黑色曲线）和325nm紫外线照射（红色曲线）下的I - V 特性; 插图，测试光电探测器的原理图; （c）与光密度有关的I - V曲线; （d）电流随光强度而变化; （e）响应度和EQE相关的波长曲线; （f）特定的检测率依赖的功率密度曲线。

该团队还在蓝宝石上创建了一个具有3μmGaN层的对比器件。这些器件采用镍/金触点。电极光刻使用与硅上的微丝器件相同的光掩模。灵敏度，响应度和EQE分别为2.77x10E4％，0.21A / W和0.80。