[发明专利]Si衬底InGaN可见光探测器及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Si衬底InGaN可见光探测器及制备方法与应用，所述探测器包括从下到上依次排布的Si衬底、缓冲层、InGaN功能层和Ni/Au金属层电极，所述缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层；在Si衬底上外延生长缓冲层，在缓冲层上生长InGaN功能层；在InGaN功能层上表面进行光刻，确定电极形状，将Ni/Au金属层电极蒸镀在InGaN功能层上表面。优化探测器件的芯片参数，提升了可见光波段的量子效率；在探测芯片表面进行可见光增敏微纳结构设计，有效降低表面对可见光的反射损耗，增强可见光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。

技术领域

本发明涉及可见光探测器领域，特别涉及一种Si 衬底InGaN可见光探测器及制备方法与应用。

背景技术

III族氮化物半导体材料（主要包括 GaN，InN，AlN 以及它们形成的三元或多元合金材料）拥有优良的光学、电学、热学、化学、机械性能，因此，Ⅲ族氮化物光电器件和功率器件得到了国内外科研人员的广泛关注和重点研究。随着新型固态照明的快速发展，可见光通信技术应运而生。可见光通信能够在提供照明的同时，实现高速的数据传输，并且可见光通信具有频谱宽、无电磁干扰等优点，可以实现近距离时高速安全稳定的通信体验。

目前，探测可见光波段光信号最为常用的探测器是光电倍增管和 Si 基探测器。虽然光电倍增管具有暗电流低、响应速度快、稳定性高、电流增益高等优点，但是价格昂贵、容易破损、能耗较大、体积庞大等缺点大大限制了其实际应用。同样，Si 基光电二极管也有自身的局限性，它只有在加装了价格昂贵的滤光系统后才能实现对可见光波段的探测，这大大增加了使用成本。此外 Si 材料的抗辐射能力弱，这又大大限制了 Si基探测器在极端条件下的应用。

作为第三代半导体材料研究热点之一的 InGaN 材料拥有良好的物理化学性质。它的电子迁移率高、热稳定性好、化学稳定性好。可以通过调整合金中 In的组分，实现禁带宽度从 3.4 eV 到 0.7 eV 的连续调节，从而使得 InGaN 探测器能够实现覆盖整个可见光波段的连续探测，相比光电倍增管，InGaN 探测器具有体积小、易携带、易集成、击穿电场高（> 1 MV/cm）、工作电压低、节能环保、无需滤光系统等优势。相比于Si，InGaN 探测器的外量子效率高，并且 InGaN 探测器的反应速度快，InGaN 探测器可以避免在探测系统中增加昂贵的滤波器，将成本大幅度降低。

虽然 InGaN 基探测器研究取得了显著成果，但是到目前为止还没有实现商品转化。制约 InGaN 探测器发展和应用的根本问题是材料质量问题，关键问题是器件优化问题。本发明具有生长InGaN薄膜质量好，量子效率高，响应速度快、带宽高等优点。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种Si 衬底InGaN可见光探测器及制备方法与应用，Si 衬底InGaN可见光探测器具有生长InGaN薄膜质量好，器件的外量子效率高，响应速度快和带宽高等优点。

本发明的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。

本发明提供了一种Si 衬底InGaN可见光探测器，包括从下到上依次排布的Si衬底、缓冲层、InGaN功能层和Ni/Au金属层电极，所述缓冲层为从下到上依次排布的AlN层、AlGaN层和GaN层，InGaN功能层中In组分的摩尔分数为10~60%。

优选地，缓冲层中AlN层、AlGaN层和GaN层的厚度分别为200~300 nm、500~600 nm、2~3 μm。

优选地，InGaN功能层的厚度为10~15 nm。

优选地，Ni/Au金属层电极为叉指电极；Ni/Au金属层电极中Ni金属层的厚度为80~100nm，Au金属层的厚度为80~100nm。

本发明还提供了制备所述Si 衬底InGaN可见光探测器的方法，包括如下步骤：