一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器及其制备方法，其采用n型氮化镓微米线核和依次覆盖n型氮化镓微米线核表面的i型氮化镓及p型氮化镓构成了PIN型同质结微米线，并通过n型氮化镓微米线核与下电极接触，p型氮化镓与上电极接触构建了垂直结构的微型化紫外光电探测器。该探测器结构中，沿其微米线直径方向的PIN同质结增加了结的接触面积，增加了空间电荷区的面积，保证光吸收主要发生在空间电荷区，能够有效抑制光生载流子的复合，提高紫外探测器响应度，和更低的暗电流。且同质外延生长的氮化镓，大大提高了材料的晶体质量，降低了缺陷密度，保障了紫外光电探测器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及紫外光电探测器
，尤其涉及一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器及其制备方法。
技术介绍
可见盲和日盲紫外光电探测器可用于许多领域，例如工业(火灾探测，化学火焰感应)，国防(导弹跟踪，枪击探测)，科学研究(紫外天文学，生物和医学应用)，健康护理等。薄膜形式的氮化镓已成功用于紫外光电探测器。与广泛用于紫外成像的碳化硅相比，氮化镓具有更高的吸收系数。氮化镓作为宽禁带半导体的代表，因为它的禁带宽度为3.4eV，可吸收365纳米的紫外光、在没有掺杂任何杂质时氮化镓为n型半导体以及非常稳定的化学性质被国内外学者认为是一种非常理想的探测器材料从而被广泛应用。但如何进一步提高紫外光探测器的性能，减小探测器的尺寸依然是该领域面临的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种暗电流小、响应度高和工作稳定性好的微型化紫外光电探测器及其制备方法，该探测器以n型氮化镓微米线为基础，构建了沿微米线直径方向的PIN同质结，该同质结中i型氮化镓覆盖n型氮化镓微米线核的表面，p型氮化镓覆盖i型氮化镓的表面，n型氮化镓微米线核与下电极接触，p型氮化镓与上电极接触构成了垂直结构。该垂直结构的紫外光电探测器有效的增加了结的接触面积，增加了空间电荷区的面积，保证光吸收主要发生在空间电荷区，能够有效抑制光生载流子的复合，提高紫外探测器响应度，相较于薄膜紫外探测器具有更低的暗电流。具体的，本专利技术至少提供如下技术方案：一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器，包括基底，下电极层，设置于所述基底表面；单根PIN型氮化镓微米线，沿长度方向设置于所述下电极层表面，其包括截面呈梯形的n型氮化镓微米线核，和依次附着于所述n型氮化镓微米线核表面的i型氮化镓层及p型氮化镓层，其中所述n型氮化镓微米线核与所述下电极层接触，所述i型氮化镓层设置于所述n型氮化镓微米线上远离所述下电极层的表面，所述p型氮化镓层设置于所述i型氮化镓层的表面；绝缘层，设置于所述下电极层表面，包裹所述单根PIN型氮化镓微米线，并暴露所述单根PIN型氮化镓微米线远离所述下电极层表面的表面；上电极层，设置于所述绝缘层表面，并覆盖所述单根PIN型氮化镓微米线的表面。进一步地，所述单根PIN型氮化镓微米线经选择性外延生长获得。进一步地，所述单根PIN型氮化镓微米线中，所述n型氮化镓微米线核的厚度为3～5μm，所述i型氮化镓层的厚度为200～400nm，所述p型氮化镓层的厚度为50～150nm。进一步地，所述单根PIN型氮化镓微米线的长度优选为200～500μm。进一步地，所述绝缘层为二氧化硅或光刻胶。进一步地，所述绝缘层优选光刻胶，其厚度为5～6μm。进一步地，所述n型氮化镓微米线核的厚度优选约4μm，所述i型氮化镓层的厚度优选约300nm，所述p型氮化镓层的厚度优选约100nm。进一步地，所述上电极层优选透明导电ITO层，厚度为100～200nm；所述下电极层优选Au或ITO层，厚度为60～200nm。一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器的制备方法，其包括以下步骤：以表面设置有条状凹槽的硅<100>基底作为生长衬底，沿所述凹槽侧壁依次外延生长氮化铝缓冲层、n型氮化镓微米线核、i型氮化镓层和p型氮化镓层；剥离带有所述氮化铝缓冲层的n型氮化镓微米线核，之后去除所述氮化铝缓冲层获得PIN型氮化镓微米线；转移单根所述PIN型氮化镓微米线至带有下电极层的目标基底上，所述n型氮化镓微米线与所述下电极层接触；在所述目标基底上沉积绝缘层覆盖所述PIN型氮化镓微米线；刻蚀所述绝缘层形成窗口，所述窗口暴露所述PIN型氮化镓微米线远离所述下电极层的表面；沉积上电极层，所述上电极层通过所述窗口与所述p型氮化镓层接触。进一步地，将所述带有氮化铝缓冲层的n型氮化镓微米线核，浸泡在优选120℃的磷酸溶液中去除所述氮化铝缓冲层。进一步地，将单根所述PIN型氮化镓微米线转移至所述目标基底上之后，在所述目标基底上沉积绝缘层之前，还包括加热所述目标基底。进一步地，所述凹槽的截面呈倒梯形，所述倒梯形上开口宽度为9～16μm，深度为5.5～7.5μm，底部宽度为5.5～9μm，相邻梯形凹槽的边界距离为5.5～9μm。本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术采用n型氮化镓微米线核和依次覆盖n型氮化镓微米线核表面的i型氮化镓及p型氮化镓构成了PIN型同质结微米线，并通过n型氮化镓微米线核与下电极接触，p型氮化镓与上电极接触构建了垂直结构的微型化紫外光电探测器。该探测器结构中，沿其微米线直径方向的PIN同质结增加了结的接触面积，增加了空间电荷区的面积，保证光吸收主要发生在空间电荷区，能够有效抑制光生载流子的复合，提高紫外探测器响应度，相较于薄膜紫外探测器具有更低的暗电流。另外，本专利技术通过在硅<100>基底上刻蚀形成截面呈倒梯形的凹槽，在凹槽的侧壁上选择性外延生长n型氮化镓微米线，在n型氮化镓微米线的基础上同质外延生长i型氮化镓和p型氮化镓，大大提高了材料的晶体质量，降低了缺陷密度，保障了紫外光电探测器的性能。另一方面，本专利技术的紫外光电探测器采用一维微米线结构，该器件结构更加小型化，其具机械柔性好和可集成度高，在更高精度、更低能耗和更小型化的新型紫外光电探测器领域具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术紫外光电探测器结构的剖面示意图。图2是本专利技术一实施例中设置有条状凹槽的图案化Si基底的结构示意图。图3是本专利技术一实施例中在凹槽侧壁生长的PIN型氮化镓微米线阵列的结构示意图。图4是本专利技术一实施例中剥离后的单根PIN型氮化镓微米线的结构示意图。图5是本专利技术一实施例中单根PIN型氮化镓微米线的剖面结构示意图。具体实施方式接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下面来结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术提供一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器，其包括基底1，基底1可以选用玻璃基底。设置于基底1上的下电极层2，下电极层2选用Au或ITO，厚度为100～200nm。在一优选实施例中，下电极层选用ITO，厚度优选100nm。单根PIN型氮化镓微米线沿长度方向设置于下电极层2的表面，单根PIN型氮化镓微米线的长度优选为200～500μm。如图1示，在一优选实施例中，PIN型氮化镓微米线的截面呈梯形，由n型氮化镓微米线核3、i型氮化镓层4和p型氮化镓微米线5构成同质结，n型氮化镓微米线核3的一侧表面与下电极层2接触，i型氮化镓层4设置于n型氮化镓微米线核3上远离下电极层2的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器，包括基底，其特征在于：/n下电极层，设置于所述基底表面；/n单根PIN型氮化镓微米线，沿长度方向设置于所述下电极层表面，其包括截面呈梯形的n型氮化镓微米线核，和依次附着于所述n型氮化镓微米线核表面的i型氮化镓层及p型氮化镓层，其中所述n型氮化镓微米线核与所述下电极层接触，所述i型氮化镓层设置于所述n型氮化镓微米线上远离所述下电极层的表面，所述p型氮化镓层设置于所述i型氮化镓层的表面；/n绝缘层，设置于所述下电极层表面，包裹所述单根PIN型氮化镓微米线，并暴露所述单根PIN型氮化镓微米线远离所述下电极层表面的表面；/n上电极层，设置于所述绝缘层表面，并覆盖所述单根PIN型氮化镓微米线的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于PIN型氮化镓微米线的紫外光电探测器，包括基底，其特征在于：
下电极层，设置于所述基底表面；
单根PIN型氮化镓微米线，沿长度方向设置于所述下电极层表面，其包括截面呈梯形的n型氮化镓微米线核，和依次附着于所述n型氮化镓微米线核表面的i型氮化镓层及p型氮化镓层，其中所述n型氮化镓微米线核与所述下电极层接触，所述i型氮化镓层设置于所述n型氮化镓微米线上远离所述下电极层的表面，所述p型氮化镓层设置于所述i型氮化镓层的表面；
绝缘层，设置于所述下电极层表面，包裹所述单根PIN型氮化镓微米线，并暴露所述单根PIN型氮化镓微米线远离所述下电极层表面的表面；
上电极层，设置于所述绝缘层表面，并覆盖所述单根PIN型氮化镓微米线的表面。


2.根据权利要求1的所述紫外光电探测器，其特征在于，所述单根PIN型氮化镓微米线中，所述n型氮化镓微米线核的厚度为3～5μm，所述i型氮化镓层的厚度为200～400nm，所述p型氮化镓层的厚度为50～150nm。


3.根据权利要求1或2的所述紫外光电探测器，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅或光刻胶。


4.根据权利要求3的所述紫外光电探测器，其特征在于，所述绝缘层优选光刻胶，其厚度为5～6μm；所述单根PIN型氮化镓微米线的长度优选为200～500μm。


5.根据权利要求2的所述紫外光电探测器，其特征在于，所述n型氮化镓微米线核的厚度优选约4μm，所述i型氮化镓层的厚度优选约300nm，所述p型氮化镓层的厚度优选约100nm。


6.根据权利要求1或2的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，吴国辉，邓琮匆，陈飞，杜林远，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44