[发明专利]超纯本征砷化镓材料的m-i-n二极管太赫兹辐射源及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射源的制备技术领域，具体涉及超纯本征砷化镓材料的m-i-n二极管太赫兹超宽频辐射源及制作方法。

背景技术

太赫兹辐射源——这是太赫兹领域挑战性科学问题，有效太赫兹辐射源的缺乏是形成″太赫兹技术″停滞不前的根本原因，辐射源是太赫兹科学研究中最基本、最关键和最急迫的问题，受到国际科学界和工业界的高度重视。

近些年来，太赫兹技术在许多领域，如生物活体安全检测，生物细胞类型识别，太赫兹成像，新型太赫兹电磁波雷达等方面，有着巨大的市场前景和实际价值，首先在生物活体安全检测方面，所有的生物分子的振荡频率都在太赫兹波段。通过研究生物分子和太赫兹波的共振效应，我们能有效的判别生物分子的类型，从而进行生物细胞鉴别；在太赫兹成像方面，随着我国和世界的交流的加深，机场等地方的安检正成为日益突出的问题。传统的利用伦琴(X)射线能对物体进行穿透成像检测，却无法对人进行检测(因X射线会对人体造成伤害)。太赫兹电磁波有着不同于光波的特性(对衣物具有穿透性)，同时对人体基本没有伤害，所以太赫兹安检系统必将成为未来机场安检方面的首选系统。

然而，到目前为止，我们还没有一种有效的太赫兹源，能激发出太赫兹波段的电磁波。当前简便易行的产生脉冲太赫兹辐射，主要是基于光电导激发机制，即利用超快脉冲激光触发直流偏置下的光电半导体，因光生载流子在偏置电场作用下加速运动而辐射太赫兹电磁波。光电导太赫兹电磁辐射发射系统的性能与光电导芯片、天线的几何结构和触发激光脉冲宽度有关。其中，光电导芯片是产生太赫兹电磁波的关键部件，性能良好的光电导芯片应该具有载流子寿命短，迁移率高和能够承受高电压，大电流的能力。目前市场上，一般的光电导天线所产生的宽频太赫兹电磁波其频率一般只能达到2太赫兹，且存在结构复杂，工艺成本昂贵，所激发的太赫兹电磁场强度、频率宽度不能调节等缺点。所以，研发一种能够产生超宽频太赫兹电磁波的光电导芯片是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种超纯本征砷化镓材料的m-i-n二极管太赫兹超宽频辐射源及制作方法，研制了具有条形电极结构的砷化镓光电导偶极天线，在飞秒超快激光脉冲触发下进行了太赫兹电磁波的发射和测试实验，得到了频谱宽度大于4太赫兹、脉冲宽度约1皮秒的太赫兹电磁波。通过增加光电导偶极芯片两电极之间的外加电压，可以轻易的改变所辐射太赫兹电磁场的强度。采用多层透明绝缘结构，可以提高它在工作状态时的偏置电场强度，从而提高砷化镓光电导偶极天线辐射太赫兹电磁波的强度。本发明可以有效克服目前市场上，一般的光电导天线所产生的宽频太赫兹电磁波其频率一般只能达到2太赫兹，且存在结构复杂，工艺成本昂贵，所激发的太赫兹电磁场强度、频率宽度不能调节等缺点。

一种超纯本征砷化镓材料的m-i-n二极管太赫兹超宽频辐射源，包括七层，自上而下依次为：上电极层、NiCr或半透明导电膜层、超纯本征砷化镓层、参杂硅的n型砷化镓缓冲层、砷化镓基底、In或者AuGeNi的合金层、下电极层；每层之间紧密相连；上电极层设置有一个窗口，上电极层、下电极层采用金或者良导体金属材料，并与外接电源连接，飞秒激光器发射的飞秒激光脉冲通过窗口照射到本征砷化镓层中，同时太赫兹电磁波从本征砷化镓层中通过窗口辐射出来。

所述的参杂硅的n型砷化镓缓冲层厚度为0.25微米。

所述的超纯本征砷化镓层厚度为1微米。

所述的In或者AuGeNi的合金层厚度为70纳米。

所述的NiCr或半透明导电膜层厚度为7纳米。

所述的上电极层厚度为100纳米。

所述的窗口长1毫米，宽1.5毫米。

一种超纯本征砷化镓材料的m-i-n二极管太赫兹超宽频辐射源的制作方法：

A)以砷化镓为基底，使用分子束外延MBE生长技术，向上生长出掺杂硅的n型砷化镓缓冲层，以此面作为正面，并且在该层上同样利用MBE技术生长出未掺杂的超纯本征砷化镓层；

B)将In或者AuGeNi合金蒸发在砷化镓为基底的基板背面，并做退火，用于形成欧姆接触，并且在In或者AuGeNi的背面镀上金或者其他良导体，形成下电极层，用作电极；

C)使用半透明的ITO或者NiCr合金蒸发在超纯本征砷化镓层的表面，形成NiCr或半透明导电膜层，用于形成肖特基势垒，激发电子空穴对；

D)使用光刻胶，均匀覆盖在NiCr或半透明导电膜层表面，并使用光刻技术，使得只有上述窗口部分存在光刻胶，其余部分的光刻胶均给清除掉；