一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片及其制备

本发明涉及光电探测器，尤其涉及一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片及其制备。

背景技术：

1、光电探测器作为光电转换系统的核心部件，在光通信、快速成像、导弹跟踪预警等领域有着广泛的应用。现代复杂的应用场景对通信速率和可靠性的提出了巨大的挑战，这要求光电探测器具有快速响应且能波长选择性探测的能力。

2、iiia-va族化合物半导体inxga1-xn材料，由于带隙可调的特点(0.7～3.4ev)，可以和光源工作波长匹配，能最大程度的接收光信号，有效降低噪声，提高光电转换系统的可靠性。基于ingan的异质结光电探测器，尤其和具有超高载流子迁移率(4400cm2v-1s-1)的inn构成的inn/ingan异质结，其内建电场能够促进载流子快速分离输运，实现快速光电探测。

3、光电探测器能带排列要求宽带隙半导体位于窄带隙半导体顶部，但是ingan生长温度远高于inn分解温度，且inn和ingan晶格失配大，这导致inn/ingan异质结探测器实现困难。

4、通过生长尽管有研究报道inn纳米柱生长于ingan薄膜实现inn/ingan混合异质结探测器，但这种结构inn的生长依赖于ingan薄膜的in组分偏析，会导致探测器工作波段偏差大，降低光电转化系统的可靠性。

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，提供一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片及其制备。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片，包括：

4、依次层叠排布的位于衬底背面的底电极、衬底、inxga1-xn纳米柱层、inn纳米柱层和顶电极；其中，0≤x＜1。

5、衬底为低阻si衬底，厚度为300～450μm。

6、inxga1-xn纳米柱层和inn纳米柱层的高度分别为100～200nm。

7、inn纳米柱层为直接生长或生长ingan薄膜后刻蚀得到；

8、ingan薄膜为ingan/gan量子阱。

9、一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片的制备方法，包括如下步骤：

10、在低阻si衬底上依次高温生长ingan纳米柱、在ingan纳米柱顶部低温生长inn纳米柱；

11、在低阻si衬底背面设底电极；

12、在inn纳米柱层表面设顶电极，得到光电探测器芯片。

13、其中，底电极为au金属，厚度为100～150nm；顶电极为ti/au，厚度为100～150nm。

14、底电极采用电子束蒸发系统进行制备；inn纳米柱层进行旋涂光刻胶、曝光显影，再使用电子束蒸发系统进行顶电极制备。

15、本发明制备所得光电探测器芯片可应用于可见光通信中。

16、本发明在衬底上依次生长底层ingan纳米柱层的方法，可以包括金属有机化合物化学气相沉淀(mocvd)、脉冲激光沉积(pld)、分子束外延(mbe)直接生长得到或生长薄膜后通过等离子体刻蚀(icp)得到。

17、本发明inn纳米柱层在ingan纳米柱顶部生长得到，生长inn纳米柱的方法，还可以包括金属有机化合物化学气相沉淀(mocvd)、脉冲激光沉积(pld)、分子束外延(mbe)。

18、本发明衬底为低阻硅、低阻碳化硅、cu衬底中的至少一种，厚度为300～450μm。

19、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

20、本发明光电探测器芯片基于轴向inn/ingan纳米柱阵列异质结实现，一方面能够打破光电探测器带隙对光电材料排列顺序的限制，另一方面能够实现高速、高可靠性探测器制备。

技术特征：

1.一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片，其特征在于：衬底为低阻si衬底，厚度为300～450μm。

3.根据权利要求2所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片，其特征在于：inxga1-xn纳米柱层和inn纳米柱层的高度分别为100～200nm。

4.根据权利要求3所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片，其特征在于：inn纳米柱层为直接生长或生长ingan薄膜后刻蚀得到；

5.一种权利要求1-4中任一项所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片的制备方法，其特征在于：底电极为au金属，厚度为100～150nm。

7.根据权利要求5所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片的制备方法，其特征在于：顶电极为ti/au，厚度为100～150nm。

8.根据权利要求6所述轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片的制备方法，其特征在于：底电极采用电子束蒸发系统进行制备；inn纳米柱层进行旋涂光刻胶、曝光显影，再使用电子束蒸发系统进行顶电极制备。

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所得光电探测器芯片应用于可见光通信中。

技术总结
本发明公开了一种轴向纳米柱阵列异质结光电探测器芯片及其制备；光电探测器芯片，包括依次层叠排布的位于衬底背面的底电极、衬底、In<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N纳米柱、InN纳米柱和顶电极；其中，0≤x＜1。光电探测器芯片为轴向纳米柱阵列异质结探测器，其中，轴向纳米柱阵列异质结结构相较于薄膜横向结构、纳米柱核壳结构等能缩短载流子渡越距离，提高探测器的响应速度。

技术研发人员：李国强,柴吉星,王文樑,陈亮
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：2024/1/14