CN107452823A - 一种微米线阵列光探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微米线阵列光探测器及其制备方法。本发明提供的微米线阵列光探测器包括衬底、外延结构和电极结构；所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层；所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列；所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。本发明提供的微米线阵列光探测器具有较高的灵敏度和响应速度。

Description

一种微米线阵列光探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电元件制备技术领域，特别涉及一种微米线阵列光探测器及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，探测技术在各个领域发挥着越来越重要的作用。例如在军事上利用光探测技术进行导弹预警、光通讯、生化分析等；在民用上，光探测技术应用在明火探测、臭氧监测、海上油监等。在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下，作为高新技术的探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。而随着第三代半导体材料的研究飞速进展，人们开始研发新一代的半导体光电探测器。
作为第三代半导体材料的典型代表，Ⅲ-Ⅴ族宽禁带半导体具有许多硅材料所不具备的优异性能，是一种具有高频、高压、高温和大功率等特点的优良半导体材料，在光探测和通信领域具有广阔的应用前景。并且，在现代科学与技术的推动下，人工低维结构材料蓬勃发展。随着人工微结构维度的不断减少，材料物理性质上呈现出许多不同于宏观尺度电子器件的新颖性质，而一维结构在微纳米器件方面具有很大的潜在应用价值。其中，纳米线在材料科学界引起了极大的关注，并成功地制备出了许多性能优良的单根纳米线/微米线光探测器。
但是，单根一维微纳器件存在其固有的缺陷，譬如：由于其受光面积小，导致其非常容易受到外界扰动影响，一旦点光源受震动偏离了单根纳米线则探测器无法探测到光信号，这就导致了单根纳米线容错率低，不利于实际应用；其次，单根器件的光生载流子面积有限，因此光电流强度受到很大局限。上述两种缺陷导致了单根一维微纳光探测器的灵敏度和光响应较低，阻碍了其进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微米线阵列光探测器及其制备方法。本发明提供的微米线阵列光探测器具有较高的灵敏度和响应速度。
本发明提供了一种微米线阵列光探测器，包括衬底、外延结构和电极结构；
所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层；
所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列；
所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。
优选的，同一沟槽内两根氮化镓微米线之间的最短距离为50～500nm。
优选的，所述氮化镓微米线的横截面为梯形，所述梯形的高度为0.8～5μm。
优选的，所述外延结构还包括外延生长于沟槽侧壁与氮化镓微米线之间的氮化铝缓冲层。
优选的，所述氮化铝缓冲层的厚度为30～200nm。
优选的，所述沟槽的宽度为2～10μm，沟槽的深度为1.5～5μm。
优选的，所述绝缘层的介电常数为3.9以上。
优选的，所述肖特基接触型金属电极的厚度为300～1000nm。
优选的，所述肖特基接触型金属电极的间距为2～20μm。
本发明提供了一种上述技术方案所述微米线阵列光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对带有绝缘层的硅片进行刻蚀，得到具有多个平行沟槽阵列的图形化衬底；
(2)在所述步骤(1)中沟槽的内侧壁外延生长氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，形成衬底表面的外延结构；
(3)在所述步骤(2)中氮化镓微米线的两端覆盖肖特基接触型金属电极，得到微米线阵列光探测器。
本发明提供的微米线阵列光探测器包括衬底、外延结构和电极结构；所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层；所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列；所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。本发明提供的微米线阵列光探测器以氮化镓作为半导体材料，具有很高的光吸收系数，氮化镓微米线作为一种微观一维材料具有非常高的表面体积比，从而产生更多的表面态，表面态的俘获效应也会影响微米线的传输和光电导性能；沟槽内外延生长的氮化镓微米线在特定的区域内外延生长，避免了层状探测器结构中出现的大面积连续的晶格失配、位错等缺陷，保证了晶体的质量进而提高光探测器的性能；将单根微米线集成为多根微米线，有效地提升了探测器对光源震动的抗干扰性以及光电流的增益，使之对光响应更为敏感；金属电极与外延结构的氮化镓材料形成肖特基接触，从而减小了探测器暗电流的强度，且提升了响应速度。实验结果表明，本发明提供的微米线阵列光探测器在5V的外加电压下，无光照时的电流(即暗电流)只有10-6A左右的量级，而300μW/cm2、600μW/cm2、1200μW/cm2和2500μW/cm2的光功率辐照下，光电流可分别达到3.7×10-4A、8×10- 4A、1×10-3A和2×10-3A的量级，分别提升了370倍、800倍、1000倍和2000倍；在300μW/cm2、600μW/cm2、1200μW/cm2和2500μW/cm2的光功率辐照下，当撤去光源时，光电流的下降时间分别为1.2s、7.2s、9.5s和10.2s；当重新辐照紫外光源时，其光电流的上升时间分别为10ms、40ms、220ms和340ms。
附图说明
图1是本发明实施例1中微米线阵列光探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例1中微米线阵列光探测器的衬底示意图；
图3是本发明实施例1中微米线阵列光探测器的外延结构示意图；
图4是图3所示微米线阵列光探测器的外延结构截面局部放大示意图；
图5是图1所示微米线阵列光探测器的电极结构截面局部放大示意图；
图6是本发明实施例2中微米线阵列光探测器的结构示意图；
图7是本发明实施例2中微米线阵列光探测器的衬底示意图；
图8是本发明实施例2中微米线阵列光探测器的外延结构示意图；
图9是图6所示微米线阵列光探测器的外延结构截面局部放大示意图；
图10是图6所示微米线阵列光探测器的电极结构截面局部放大示意图；
图11是本发明实施例1中微米线阵列光探测器的光学显微镜图；
图12是本发明实施例1中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应I-V曲线图；
图13是本发明实施例1中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应速率I-t曲线图(部分)；
图14是发明实施例2中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应I-V曲线图；
图15是本发明实施例2中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应速率I-t曲线图(部分)。
具体实施方式
本发明提供了一种微米线阵列光探测器，包括衬底、外延结构和电极结构；
所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层；
所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列；
所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。
如图1和图6所示，在本发明的实施例中，所述微米线阵列光探测器包括衬底100，外延结构110和电极结构120。
本发明提供的微米线阵列光探测器包括衬底；所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层。
本发明提供的微米线阵列光探测器中的衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片。本发明对所述硅片的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于光探测器的硅片即可。在本发明中，所述硅片优选为高阻硅片；所述高阻硅片的电阻率为103～105Ω·cm。本发明对所述硅片的尺寸没有特殊的限定，根据器件要求进行调整即可。在本发明中，所述高阻硅片具有超高电阻率，有助于减小该探测器的漏电流。
在本发明中，所述沟槽呈平行阵列分布。在本发明中，所述沟槽的上开口的宽度优选为2～10μm，更优选为4～8μm；所述沟槽的深度优选为1.5～5μm，更有效为2～4μm。在本发明中，所述沟槽的间距优选为3～5μm，更优选为4μm。
在本发明中，所述沟槽的横截面优选为矩形或倒梯形。在本发明中，所述沟槽的横截面的形状优选根据硅片的晶向确定：当所述硅片的晶向为<100>时，所述沟槽的横截面形状为倒梯形沟槽，如图1～5所示；当所述硅片的晶向为<110>时，所述沟槽的横截面形状为矩形，如图6～10所示。在本发明中，所述沟槽使外延结构在特定的区域内外延生长，避免了层状探测器结构中出现的大面积连续的晶格失配、位错等缺陷，保证了晶体的质量。
本发明提供的微米线阵列光探测器中的衬底包括设置于所述沟槽之间的硅片上表面的绝缘层。在本发明中，所述绝缘层的介电常数优选为3.9以上，更优选为7～15，最优选为9～12。在本发明中，所述绝缘层的材质优选包括二氧化硅、氮化硅和三氧化二铝中的一种或多种。在本发明中，所述绝缘层的厚度优选为100～400nm，更优选为150～350nm，最优选为200～300nm。
如图2和图7所示，在本发明的实施例中，所述衬底包括表面设置有多个沟槽102的硅片101；所述沟槽102呈平行阵列分布；所述沟槽102之间的硅片101上表面设置有绝缘层103。
本发明提供的微米线阵列光探测器包括外延结构；所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁上的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁上分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列。
如图3和图8所示，在本发明的实施例中，所述外延结构110包括外延生长于所述沟槽内侧壁上的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁上分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列。
在本发明中，所述氮化镓微米线的横截面优选为梯形；所述梯形的底边优选与沟槽内侧壁接触；所述梯形的厚度为0.8～5μm，更优选为1～4μm，最优选为2～3μm。在本发明中，所述氮化镓微米线的长度优选与沟槽长度相同。在本发明中，所述同一沟槽内两根氮化镓微米线之间的最短距离优选为50～500nm，更优选为200～400nm，最优选为300nm。
在本发明中，所述氮化镓(GaN)材料属于一种直接带隙的半导体材料，此类半导体材料的价带电子可以吸收光子直接跃迁而不需要和半导体晶格相互作用，因此具有很高的光吸收率；氮化镓(GaN)材料具有很高的带隙宽度(～3.4eV)，因此根据半导体本征吸收规律可知该材料只会吸收波长小于364nm的紫外光。当氮化镓材料在紫外光的辐照下会有大量电子直接跃迁形成光生载流子，这些光生载流子在外加电场的作用下形成宏观的电流；反之，如果没有紫外光对器件进行辐照那么就不会产生大量的非平衡载流子，即使外加电压也只会观察到非常小的暗电流的存在，那么根据电流量级的变化情况就可达到探测紫外光的目的。
并且，氮化镓微米线作为一种微观一维材料具有非常高的表面体积比，而大的表面体积比产生更多的表面态，表面态的俘获效应也会影响微米线的传输和光电导性能：在黑暗条件下，氧分子被吸附在微米线表面并俘获微米线中的自由电子[O2(g)+e-→O2-]，在表面形成低导的耗尽层。在紫外光子辐照下，半导体表面产生光生电子空穴对[hυ→e-+h+]，空穴沿着能带弯曲引起的电势梯度移动到微米线表面，中和吸附在微米线表面带负电的氧气离子[h++O2-→O2(g)]，从而氧气被从纳米线表面光诱导解吸附；未配对的电子被电极收集或者当氧气被重新吸附时与空穴复合。因此，半导体表面氧的解吸附作用同半导体内光生载流子一道增强了微米线的光响应。将多根微米线集成在一起增大整个器件的感光面积，并且多根微米线同时工作会成倍增加光电流的强度，从而提升了整个器件的抗干扰能力以及光电增益效果。
此外，氮化镓微米线在特定的区域内外延生长，避免了层状探测器结构中出现的大面积连续的晶格失配、位错等缺陷，保证了晶体的质量；而优越的晶体的质量则是半导体探测器具有优良性能的前提。
本发明提供的微米线阵列光探测器的外延结构优选还包括外延生长于沟槽内侧壁与氮化镓微米线之间的氮化铝缓冲层。在本发明中，所述氮化铝缓冲层的厚度优选为30～200nm，更优选为50～150nm，最优选为80～120nm。在本发明中，所述缓冲层结构与氮化镓微米线一样在特定的区域内外延生长，进一步避免了层状探测器结构中出现的大面积连续的晶格失配、位错等缺陷，保证了晶体的质量。
如图4和图9所示，在本发明的实施例中，所述外延结构优选还包括外延生长于沟槽102内侧壁与氮化镓微米线112之间的氮化铝缓冲层111。
本发明提供的微米线阵列光探测器包括电极结构；所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。在本发明中，所述肖特基接触型金属电极的厚度优选为300～1000nm，更优选为400～800nm，最优选为500～600nm。在本发明中，所述肖特基接触型金属电极的间距优选为2～20μm，更优选为6～16μm，最优选为10～12μm。
在本发明中，所述肖特基接触型金属电极的材质优选包括镍(Ni)、银(Ag)、金(Au)和铜(Cu)中的一种或多种，更优选包括在氮化镓微米线两端表面上依次覆盖的镍层、银层和金层。在本发明中，所述镍层的厚度优选为30～50nm，更优选为40nm；所述银层的厚度优选为350～450nm，更优选为380～420nm；所述金层的厚度优选为40～60nm，更优选为45～55nm。在本发明中，所述肖特基接触型金属电极高的功函数与外延探测器半导体材料接触会形成一个高的肖特基势垒，从而减小了探测器暗电流的强度，且肖特基接触所产生的空间电荷区可以将光生电子-空穴对迅速分离，从而提升了响应速度。
如图5和图10所示，在本发明的实施例中，所述肖特基接触型金属电极优选包括在氮化镓微米线两端表面上依次覆盖的镍层121、银层122和金层123。
本发明还提供了上述技术方案所述微米线阵列光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对带有绝缘层的硅片进行刻蚀，得到具有多个平行沟槽阵列的图形化衬底；
(2)在所述步骤(1)中沟槽的内侧壁外延生长氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，形成衬底表面的外延结构；
(3)在所述步骤(2)中氮化镓微米线的两端覆盖肖特基接触型金属电极，得到微米线阵列光探测器。
本发明对带有绝缘层的硅片进行刻蚀，得到具有多个平行沟槽阵列的图形化衬底。本发明对所述带有绝缘层的硅片的来源没有特殊的限定，采用市售产品或按照本领域技术人员熟知的制备方法制备即可。本发明优选在硅片表面沉积绝缘层，得到带有绝缘层的硅片。在本发明中，所述绝缘层的沉积优选为化学气相沉积。本发明对所述化学气相沉积的操作没有特殊的限定，能够得到所需厚度的绝缘层即可。
本发明对所述带有绝缘层的硅片的刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备图形化硅衬底的技术方案即可。在本发明中，所述刻蚀优选包括以下步骤：
A1、在带有绝缘层的硅片的绝缘层表面旋涂光刻胶，使光刻胶在绝缘层表面形成平行排列、周期交替的条形沟槽图形；
A2、对无光刻胶保护的绝缘层进行第一刻蚀，露出硅层；
A3、去除所述步骤A2中剩余的光刻胶，露出平行排列周期交替绝缘层和硅层；
A4、对步骤A3中裸露的硅层进行第二刻蚀，形成平行排列周期交替的沟槽，得到图形化的衬底。
本发明对所述旋涂光刻胶、第一刻蚀、去除光刻胶和第二刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。
得到衬底后，本发明在所述衬底的沟槽的内侧壁外延生长氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，形成衬底表面的外延结构。本发明优选在外延生长氮化镓微米线之前在所述沟槽的内侧壁外延生长氮化铝缓冲层，然后在所述氮化铝缓冲层表面外延生长氮化镓微米线。本发明对所述氮化铝缓冲层和氮化镓微米线的外延生长的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的外延生长的技术方案即可。在本发明中，所述外延生长优选为通过控制程序在沟槽两侧外延生长得到所需外延结构。在本发明中，所述外延生长优选在金属有机化合物气相外延沉积系统(MOCVD)中进行。
得到外延结构后，本发明在所述外延结构的氮化镓微米线的两端覆盖肖特基接触型金属电极，得到微米线阵列光探测器。在本发明中，所述覆盖优选为蒸镀，更优选为热蒸镀。本发明对所述热蒸镀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的蒸镀金属电极的技术方案即可。
本发明提供的制备方法简单，与传统硅工艺兼容，可以使得半导体公司在原有生产设备的基础上进行大批量大规模的生产。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的微米线阵列光探测器及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
本实施例制备的微米线阵列紫外光探测器结构如图1～5所示，本实施例中微米线阵列光探测器的光学显微图如图11所示：衬底材料100为晶向为<100>的硅片，硅片为本征材料，电阻率高达104Ω·cm；绝缘层103覆盖在硅表面，是一层厚度为300nmSiO2，绝缘层的宽度为5微米；沟槽宽度为2微米；外延结构110外延于高阻硅衬底沟槽102的侧壁，其外延结构依次包括厚度为的30nm的氮化铝缓冲层111和厚度为300nm的氮化镓外延层112，所述AlN缓冲层111叠设于所述本征硅衬底的沟槽侧面102上，所述氮化镓外延层112叠设于氮化铝缓冲层111上；电极结构包括121镍(Ni)/122银(Ag)/123金(Au)三种金属组合，厚度分别为40nmNi、400nmAg和50nmAu；电极间距为20μm。
在本实施例中，所述AlN缓冲层111为MOCVD异质外延层的缓冲层，其作用是减少晶格适配，提高外延层质量；GaN外延层112作为探测器的核心层，其作用是在光影响下提供光生载流子。
在本实施例中，所述电极结构120叠设在氮化镓层112之上，其中金属Ni层121利用热蒸镀设备直接蒸镀在GaN外延层112上，作为粘附层；金属Ag层122利用热蒸镀方法蒸镀在金属Ni层121上，作为肖特基接触金属层；金属Au层123利用热蒸镀方法蒸镀在金属Ag层122上，作为最上层金属，起到保护金属电极作用。
本实施例中微米线阵列光探测器具体的制备方法如下：分别为衬底的制备、外延结构的制备和电极结构的制备。
其中衬底的制备包括:
步骤一、提供衬底2英寸本征型硅片，硅片衬底电阻率高达104Ω·cm；
步骤二、将所述硅片通过等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)在表面形成一层厚度为300nm的二氧化硅(SiO2)，作为绝缘层；
步骤三、将已形成二氧化硅绝缘层的衬底硅片上利用匀胶机高速旋转旋涂光刻胶，然后经过热台软烘、光刻机曝光、显影等步骤露出周期交替的条形外延沟槽图形。其中二氧化硅绝缘层的宽度为5微米、光刻胶条的宽度为2微米；
步骤四、利用缓冲蚀刻液(BOE)对外延沟槽进行腐蚀，无光刻胶条保护的二氧化硅绝缘层被选择性地腐蚀，露出5微米宽的硅层；有光刻胶条保护的2微米二氧化硅绝缘层被保留下来，作为之后硅片湿法刻蚀步骤的绝缘层；
步骤五、通过丙酮溶液去掉步骤四中剩余的光刻胶，将步骤四中形成的带有二氧化硅绝缘层的衬底利用强碱溶液(氢氧化钾水溶液与异丙醇的混合溶液)进行湿法腐蚀，无二氧化硅绝缘层的区域根据硅片衬底的<100>晶向被刻出一道道的倒梯形沟槽，得到衬底如图2所示。
外延结构的制备括以下步骤：
步骤一、将上一步所得到的衬底利用去离子水反复冲洗，去除表面残留的碱性溶液，然后用高纯氮气将表面吹干；
步骤二、将得到的干净衬底放入金属有机化合物气相外延沉积系统(MOCVD)中，利用晶体指数表面的各向异性的选择性生长原理进行微米线探测器外延结构的非平面生长，最后得到与二氧化硅掩膜线条平行的探测器微米线结构，得到外延结构如图3和4所示。
电极结构的制备括以下步骤：
步骤一、将上述外延生长出条形微米线结构硅片利用王水清洗，去除表面杂质，得到清洁表面；
步骤二、将已上述外延片利用匀胶机高速旋转旋涂光刻胶，然后经过热台软烘、光刻机曝光、显影等步骤露出周期排列的50μm×60μm的矩形电极窗口图形，且窗口图形边界用过光刻套刻技术与微米线阵列方向平行；
步骤三、将露出电极图形的外延片放入金属热蒸镀设备中，在超高真空的环境下依次蒸镀40nmNi、400nmAg和50nmAu；
步骤四、取出外延片，利用丙酮溶液去除多余的光刻胶并带走多余的金属层，只留下步骤二中所述窗口部分电极结构，最终形成了微米线阵列光探测器，结构如图1和5所示。
本实施例中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应I-V曲线图如图12所示，从图中可以看出，在不同的光功率辐照下，相同电压下的光电流随着光功率的增加而增加。如，在5V的外加电压下，无光照时的电流(即暗电流)只有10-6A左右的量级，而300μW/cm2、600μW/cm2、1200μW/cm2和2500μW/cm2的光功率辐照下，光电流可分别达到3.7×10-4A、8×10-4A、1×10-3A和2×10-3A的量级，分别提升了370倍、800倍、1000倍和2000倍。这些数据说明了该器件对于光电探测的有效性与可行性。(注：μW/cm2代表光功率密度，意为每平方厘米上所受到的光辐照功率的大小，光功率密度值越大，说明光强越强。)。
本实施例中微米线阵列光探测器在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应速率I-t曲线图(部分)如图13所示，从图中可以看出，在不同的光功率辐照下，光电流的下降响应时间和上升响应时间均随着光功率的增强而上升。如，在300μW/cm2、600μW/cm2、1200μW/cm2和2500μW/cm2的光功率辐照下，当撤去光源时，光电流的下降时间分别为1.2s、7.2s、9.5s和10.2s；当重新加载紫外辐照光源时，其上升时间分别为10ms、40ms、220ms和340ms。(注：下降时间指撤去光源后光电流下降到原来10％的时间、上升时间指的是重新加载光源后暗电流升到稳定时光电流的90％的时间)
实施例2:
按照实施例1的方法制备微米线阵列光探测器，具体结构如图6～10所示：衬底材料100为晶向为<110>的2英寸本征硅片材料，电阻率高达103Ω·cm；绝缘层103覆盖在硅表面，是一层厚度为150nmSiO2；外延结构110外延于高阻硅衬底沟槽102的侧壁，其外延结构依次包括氮化铝缓冲层111和氮化镓外延层112，所述AlN缓冲层111叠设于所述本征硅衬底的沟槽侧面102上，所述氮化镓外延层112叠设于氮化铝缓冲层111上；由于衬底晶向与实施例1不同，沟槽截面形状会从<100>的2英寸硅片的倒梯形沟槽变为<110>的2英寸本征硅片材料的矩形沟槽(参考图2和图6)；同时，外延层微米线结构也会产生相应的变化；电极结构包括121镍(Ni)/122银(Ag)/123金(Au)三种金属组合，厚度分别为40nmNi、400nmAg和50nmAu；电极间距为20μm。
本实施例中微米线阵列光探测器在同样在波长为325nm不同光功率激光辐照下的光响应I-V曲线图如图14所示、I-t曲线图(部分)如图15所示，与图12和图13相类似；从图中可以得出与实施例1相近的结论，即在不同的光功率辐照下，相同电压下的光电流随着光功率的增加而增加；在不同的光功率辐照下，光电流的下降响应时间和上升响应时间均随着光功率的增强而上升。
由以上实施例可以看出，本发明提供的微米线阵列光探测器有效地提升了光电流的增益，具有较高的响应速度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微米线阵列光探测器，包括衬底、外延结构和电极结构；
所述衬底包括表面设置有多个沟槽的硅片；所述沟槽呈平行阵列分布；所述沟槽之间的硅片上表面设置有绝缘层；
所述外延结构包括外延生长于所述沟槽内侧壁的氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，所述氮化镓微米线与沟槽方向一致，多个沟槽内的氮化镓微米线形成平行的微米线阵列；
所述电极结构包括覆盖于所述氮化镓微米线两端的一对肖特基接触型金属电极。
2.根据权利要求1所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，同一沟槽内两根氮化镓微米线之间的最短距离为50～500nm。
3.根据权利要求1或2所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述氮化镓微米线的横截面为梯形，所述梯形的高为0.8～5μm。
4.根据权利要求1所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述外延结构还包括外延生长于沟槽侧壁与氮化镓微米线之间的氮化铝缓冲层。
5.根据权利要求4所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述氮化铝缓冲层的厚度为30～200nm。
6.根据权利要求1所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述沟槽的宽度为2～10μm，沟槽的深度为1.5～5μm。
7.根据权利要求1或6所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述绝缘层的介电常数为3.9以上。
8.根据权利要求1所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述肖特基接触型金属电极的厚度为300～1000nm。
9.根据权利要求1或9所述的微米线阵列光探测器，其特征在于，所述肖特基接触型金属电极的间距为2～20μm。
10.权利要求1～9任意一项所述微米线阵列光探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对带有绝缘层的硅片进行刻蚀，得到具有多个平行沟槽阵列的图形化衬底；
(2)在所述步骤(1)中沟槽的内侧壁外延生长氮化镓微米线，每个沟槽的两个内侧壁分别生长一根氮化镓微米线，形成衬底表面的外延结构；
(3)在所述步骤(2)中氮化镓微米线的两端覆盖肖特基接触型金属电极，得到微米线阵列光探测器。
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