[发明专利]一种新型纤锌矿GaAs核壳纳米线光电探测器的制备方法

说明书

本发明涉及一种新型纤锌矿GaAs核壳纳米线光电探测器的制备方法，将GaAs(111)B单晶衬底先后浸泡在多聚赖氨酸溶液和金溶胶中，然后清洗并干燥，放入到金属有机气相沉积系统中，通入高纯氢气作为载气，然后通入砷化氢，将衬底加热一段时间，然后降温，再通入三甲基镓，保持一段时间；将衬底加热，然后通入三甲基铟和磷化氢，将所制备的核壳纳米线转移到Si/SiO₂衬底上，然后在纳米线表面涂上一层ZEP光刻胶，然后在纳米线两端刻画出两个沟道，之后利用稀盐酸腐蚀纳米线以去除掉纳米线InP壳层，随后镀上Ti/Au合金以制备电极，得到新型纤锌矿GaAs核壳纳米线光电探测器。本发明制备的光探测器测量效率高，也比现有的纳米线光探测器的光响应度高接近两个数量级。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体为一种新型纤锌矿GaAs核壳纳米线光电探测器的制备方法。

背景技术

GaAs是III-V族元素化合的化合物，属于III-V族中的代表半导体，是直接带隙半导体，具有吸光系数高，发光效率好及电子迁移率高等优点。传统GaAs块材具有闪锌矿晶体结构，但是利用晶体外延生长技术生长GaAs纳米线可以得到GaAs的另外一种晶体结构，纤锌矿晶体结构。

目前纤锌矿GaAs纳米线的外延生长主要有两种技术手段：一种是金属有机气相外延生长法；另外一种是分子束外延法。两种方法生长纤锌矿GaAs纳米线的原理一致。目前利用金属有机气相外延生长法主要为用Au催化纤锌矿GaAs纳米线，使用50纳米的金溶胶在GaAs(111)B衬底上沉积一些大小分布均匀的Au纳米颗粒，利用TMGa，AsH₃为前驱体，高纯氢气为载气。在生长条件为：525°C，V/III比为1.2左右以及气体流量为15L/min的条件下生长具有纤锌矿结构的GaAs纳米线。分子束外延法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中（也在腔体内）。由分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在上述衬底上生长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构。

完成GaAs纳米线生长之后，加入含Al物并改变生长条件参数以抑止纳米线的径向生长速度而增加纳米线的横向生长速度，最终在GaAs纳米线表面外延生长一层AlGaAs保护层，形成GaAs/AlGaAs核壳纳米线结构。GaAs/AlGaAs核壳纳米线能有效降低光生载流子在表面的非荧光辐射效率，从而提高GaAs纳米线的发光效率。AlGaAs保护层的优点是与GaAs晶格匹配，容易形成共格界面，不产生晶体缺陷从而起到很好的保护作用。利用生长得到的纤锌矿GaAs/AlGaAs 核壳纳米线，使用ZEP520作为光刻胶，使用电子束光刻技术在纳米线两端制备两个电极位置，最后利用热蒸镀法再镀上Ti/Au金属层作为欧姆接触电极制备单根GaAs纳米线探测器。

但是现有纤锌矿GaAs/AlGaAs核壳纳米线的缺点如下：第一，AlGaAs与GaAs晶格匹配，无法利用应力进行能级调控，且生长完纳米线以后利用微纳米加工技术具有加工复杂、工艺繁琐、成品率低等缺点。第二，纤锌矿GaAs结构的表面悬挂键密度低，不利于纳米线的横向生长，因此GaAs/AlGaAs核壳结构生长困难，所制备的纤锌矿GaAs/AlGaAs核壳纳米线的质量低于闪锌矿GaAs/AlGaAs核壳纳米线结构，发光效率也较低。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种壳材料代替目前普遍采用的纤锌矿GaAs/AlGaAs纳米线核壳结构，在原位利用应力进行能级调控，制备得到高晶体质量的核壳纳米线结构，以提高纤锌矿GaAs纳米线的发光效率，从而提高GaAs纳米线的光探测效率。

本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种新型纤锌矿GaAs核壳纳米线光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

（1）将干净的GaAs(111)B单晶衬底先后浸泡在多聚赖氨酸溶液和金溶胶中，然后再用去离子水清洗并干燥；