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(jī)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(shí)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(qiáng)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(jī)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(gè)相距20μm的鎳/金肖特基電極接觸。通過熒光實(shí)驗(yàn)可以看出其顯示出了一個(gè)尖銳且高強(qiáng)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(gè)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(jì)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(bào)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(diǎn)。
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(qiáng)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(tuán)隊(duì)還在藍(lán)寶石上創(chuàng)建了一個(gè)具有3μmGaN層的對比器件。這些器件采用鎳/金觸點(diǎn)。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。
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