DE112019003770B4 - Fotosensitive Vorrichtung und Verfahren für deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Fotosensitive Vorrichtung, welche aufweist:eine Elektrode (1) undeine fotosensitive Schichtstruktur, die darauf gebildet ist, aufweisend: ein Silizium-Substrat (2) mit einer p-Typ-Leitfähigkeit, welches eine Oberfläche mit einer kristallografischen (111)-Orientierung aufweist, mit einer daran gebildeten Siliziumkarbid-Schicht (3), auf welcher eine dielektrische Planarisierungsschicht (4) aus lichtdurchlässigem Polymer angeordnet ist, welche ein Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen (5) aufweist, die orthogonal zu dem Substrat (2) orientiert sind und zuvor an der Siliziumkarbid-Schicht synthetisiert worden sind, und eine an der Planarisierungsschicht (4) gebildete lichtdurchlässige Elektrode (6).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Gruppe von Erfindungen betrifft die Technologie von Festkörper-Elektronik-Vorrichtungen, nämlich die Schaffung von fotosensitiven Vorrichtungen auf der Basis von quasi-eindimensionalen Nanostrukturen aus Galliumnitrid an Silizium-Substraten mit einer Siliziumkarbid-Schicht und kann in der Entwicklung von Fotodetektoren für den sichtbaren und nahinfraroten Bereich verwendet werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Fotosensitive Vorrichtungen (Fotodioden und Fotowiderstände) sind in der modernen Technik weitverbreitet: zum Beispiel in der Spektroskopie, in der Medizin, in Mess- und Navigationssystemen, in optischen Datenverarbeitungs- und Schaltsystemen, in optischen Kommunikations- und Informationsübertragungssystemen. Fotosensitive Strukturen werden meistens auf der Basis von planaren Strukturen von Gruppe-IV-Materialien (Silizium und Germanium) des Periodensystems der Elemente oder AIIIBV (Arsenide und/oder Phosphide, Antimonide, Gallium-Aluminium-Indium-Nitride) hergestellt. Die Wahl der Materialien wird durch die Anforderungen bestimmt, welche den Vorrichtungen auferlegt werden: den Spektralbereich der Sensitivität, die Betriebsgeschwindigkeit, die Möglichkeit und Notwendigkeit der Produktion von integrierten Systemen (d.h. Systemen, einschließlich unterschiedlicher Vorrichtungen/Geräte an einem/einer einzelnen Substrat/Platte).
  • Von besonderem Interesse sind fotosensitive Vorrichtungen basierend auf den Strukturen von Materialien aus Gruppe-III-Metallnitriden. Bedauerlicherweise gibt es momentan keine Technologie für die Synthese von verfügbaren Substraten für die qualitative Bildung von solchen Strukturen. Siliziumkarbid-Substrate - die in Bezug auf ihre Gitterkonstante am besten geeignet sind - können aufgrund ihrer geringen Größe und hohen Kosten in der Produktion nicht häufig verwendet werden. Ein Beispiel von fotosensitiven Vorrichtungen auf der Basis von planaren Heterostrukturen aus Gruppe-III-Metallnitriden an Siliziumkarbid- oder Saphir-Substraten sind die im Patent RU 2 536 110 C beschriebenen fotosensitiven Vorrichtungen, welche auf epitaktischen p-i-n-GaN/AlGaN-Strukturen basieren. Diese Strukturen können in dem ultravioletten Spektralbereich (λ <400 nm) betrieben werden. Das gleiche Patent beschreibt deren Herstellungstechnologie. Diese Strukturen werden auf folgende Weise hergestellt. Am Anfang wird unter Verwendung der Mesa-Technologie die oberste Schicht der epitaktischen GaN-p-i-n-Struktur durch Ionenätzen auf die n+ -AlGaN-Schicht freigelegt. Dann wird die Oberfläche der Mesa-p-i-n-Strukturen für 90-200 Sekunden bei 450-550 °C wärmebehandelt, um Strahlungsdefekte und stöchiometrische Defekte, welche an dem Umfang der p-i-n Dioden gebildet worden sind, zu „heilen“.
  • Demgegenüber ist Silizium soweit das Hauptmaterial für Halbleiter-Mikroelektronik geblieben. Die Effizienz von solchen Vorrichtungen ist aufgrund der Indirekt-Bandlücke-Natur von Silizium niedrig und die für die Erzeugung von Nanostrukturen erforderliche Gewinnung von hochqualitativen heteroepitaktischen Schichten an der Si-Oberfläche ist durch die Fehlabstimmung der Parameter der Gitterkonstanten erschwert, was zu einer großen Anzahl von Defekten in der aufwachsenden Materialschicht führt; das Auftreten von Spannungen in der AIIIBV-Halbleiterschicht aufgrund einer signifikanten Differenz in den linearen Ausdehnungskoeffizienten von Si und Halbleitern mit großen Bandlücken der Gruppe von AIIIBV-Verbindungen, wie zum Beispiel: GaN, AIN, InN und darauf basierenden Feststofflösungen.
  • Das Aufkommen von Technologien für die Synthese von Nanostäbchen begeistert aufgrund der Aussichten einer reduzierten Anzahl von Defekten (Versetzungen) in Strukturen, in denen Materialien mit unterschiedlichen Kristallgitterparametern verwendet werden, und einer Erhöhung der Effizienz der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, wodurch die Sensitivität mit sinkenden Elementgrößen erhöht wird und der Betriebsspektralbereich von Fotodetektoren erweitert / geändert wird.
  • Forschung und Erfindung beschreiben vorwiegend das Verwenden von Nanostäbchen (Nanodrähten) mit deren lateraler Anordnung an einem Substrat. Zum Beispiel wird in dem Patent US 8 390 705 B2 (veröffentlicht am 05.03.2015) und in der internationalen Anmeldung WO 2009/ 136 906 A1 eine Fotodiode vorgeschlagen, welche Halbleiter-Nanostäbchen enthält, die lateral an dem Substrat zwischen zwei Elektroden angeordnet sind. Jedoch ist die Bildung von Arrays aus lateral angeordneten Nanodrähten und deren Kontakte ein komplexer und teurer Prozess.
  • Die internationale Anmeldung WO 2011/ 087 633 A1 (veröffentlicht am 21.07.2011) schlägt eine Vorrichtung vor, welche gebildet ist an Silizium-Substraten mit vertikal angeordneten Silizium-Nanostäbchen, welche durch chemische Gasabscheidung mit einem Au-Katalysator in einem Dampf-Flüssigkeit-Kristall-Modus in einem speziellen Fenster aufgewachsen werden, das durch ein fotolithographisches Verfahren gebildet wird. Eine Mikrolinse wird an dem Endteil des Nanostäbchens gebildet, um eine funktionsfähige Struktur zu bilden und die Fotosensitivität zu erhöhen. So eine Struktur ist in der Herstellung sehr kompliziert und teuer. Darüber hinaus ist der Spektralbereich der Sensitivität von Silizium-Nanostäbchen auf einen Bereich von 500-1100 nm limitiert und in dem kurzwelligen Spektralbereich (λ <700 nm) ist die Sensitivität deutlich reduziert.
  • Die internationale Anmeldung WO 2018/ 082 251 A1 (veröffentlicht am 11.05.2018), welche als ein Prototyp der beanspruchten Vorrichtung und des beanspruchten Verfahrens angenommen ist, beschreibt einen Fotodetektor, welcher eine Schichtstruktur aufweist, die ein isolierendes Substrat mit einer GaN-Schicht mit einer p-Typ-Leitfähigkeit und einem darauf gebildeten GaN-Nanodraht-Array aufweist, welches eingeschlossen ist in einer Flüssigglas-Planarisierungsschicht, und auch eine optisch transparente Elektrode aufweist.
  • Zusätzlich beschreibt die Anmeldung WO 2018/ 082 251 A1 ein Verfahren zur Herstellung des vorangehend beschriebenen Fotodetektors, in welchem eine GaN-Schicht mit p-Typ-Leitfähigkeit zuvor auf einem isolierenden Substrat synthetisiert wird (Saphir oder isolierendes Siliziumkarbid). Danach wird, unter Verwendung eines Au-Katalysators, eine Matrix von GaN-Nanodrähten, welche eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweisen, in dem Dampf-Flüssigkeit-Kristall-Modus aufgewachsen. Eine Planarisierungsschicht und eine optisch transparente Elektrode werden anschließend gebildet. Aufgrund der Tatsache, dass die Funktion des Fotodetektors ausschließlich durch GaN-Nanodrähte ausgeführt wird, schließt die Vorrichtung die Möglichkeit aus, Lichtphotonen mit einer Energie von weniger als 3,2 eV zu detektieren. Somit weist der Fotodetektor, welcher in WO 2018/ 082 251 A1 beschrieben ist, eine Sensitivität in dem Bereich von 390-300 nm (UV-Strahlung) auf. Im Falle der Verwendung von Silizium als ein isolierendes Substrat treten aufgrund von Unterschieden in den Parametern der Kristallgitter von Materialien in der Matrix bestehend aus Nanodrähten unausweichlich Defekte in der Kristallstruktur auf. Dies reduziert die Fotosensitivität dieser Heterostruktur deutlich. Außerdem ist die Konsequenz der Verwendung eines isolierenden Substrats der Bedarf, ein spezielles Fenster für die Anbringung einer zweiten Elektrode, welche einen elektrischen Kontakt (Leitfähigkeit) zu einer Schicht aus Galliumnitrid mit einer p-Typ-Leitfähigkeit bereitstellt, zu bilden.
  • Weitere beispielhafte fotosensitive Vorrichtungen sind bekannt aus US 2008 / 0 191 191 A1 und CHIANG, Y.-T. [et al.]: „GaN on Silicon Substrate With Various SiC Buffer Layer for UV Detecting Applications", IEEE Sensors Journal, Vol. 10, 2010, No. 8, S. 1291-1296.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist die Aufgabe, eine neue fotosensitive Vorrichtung für ein breites Strahlenspektrum, welche eine auf einem Silizium-Substrat gebildete Schichtstruktur aufweist, sowie das entsprechende Verfahren für deren Herstellung zu schaffen. Das erzielte technische Ergebnis ist die hohe kristalline Perfektion der fotosensitiven Struktur aufgrund der Abstimmung der Kristallgitterparameter der gebildeten Schichten, während der Bereich von absorbierter Strahlung (infrarot, sichtbar, ultraviolett), welche durch diese Heterostruktur in elektrische Energie umgewandelt wird, erweitert wird.
  • Die in dem ersten Aspekt der Erfindung gestellte Aufgabe - eine fotosensitive Vorrichtung - wird durch die Tatsache gelöst, dass sie aufweist: eine Elektrode und eine darauf gebildete fotosensitive Schichtstruktur, aufweisend: ein Silizium-Substrat mit einer p-Typ-Leitfähigkeit, welches eine Oberfläche mit einer kristallographischen (111)-Orientierung aufweist, auf welcher eine Siliziumkarbid-Schicht gebildet ist. Die Siliziumkarbid-Schicht weist eine dielektrische Planarisierungsschicht aus lichtdurchlässigem Polymer auf. Die Planarisierungsschicht weist ein Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen auf, welche orthogonal zu dem Substrat orientiert sind, das zuvor an der Siliziumkarbid-Schicht synthetisiert wurde, und eine auf der Planarisierungsschicht gebildete lichtdurchlässige Elektrode, welche einen elektrischen Kontakt zu den Nanostäbchen bereitstellt.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann aus irgendeinem Material gebildet sein, welches für diesen Zweck geeignet ist (Indiumzinnoxid, mit Fluor dotiertem Zinkoxid, usw.). Die besten Ergebnisse werden mit Indiumzinnoxid erhalten.
  • Die in dem zweiten Aspekt gestellte Aufgabe - ein Verfahren zur Herstellung einer fotosensitiven Vorrichtung, welche eine Elektrode und eine darauf gebildete fotosensitive Schichtstruktur enthält - wird durch die Tatsache gelöst, dass deren Schichten in den folgenden Schritten gebildet werden:
    • - in einem ersten Schritt wird eine Siliziumkarbid-Schicht an dem Silizium-Substrat, welches eine Oberfläche mit einer kristallographischen (111)-Orientierung aufweist, durch Atomsubstitution mit der Bildung von Kohlenstoff-Leerstellen-Strukturen gebildet,
    • - in einem zweiten Schritt wird ein Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen, welche orthogonal zu dem Substrat orientiert sind, an der Siliziumkarbid-Schicht, welche durch Molekularstrahlepitaxie mit Stickstoffplasmaaktivierung erhalten wird, gebildet,
    • - in einem dritten Schritt wird eine Elektrode unterhalb des Substrats gebildet,
    • - in einem vierten Schritt wird eine dielektrische Planarisierungsschicht aus einer Lösung aus lichtdurchlässigem Polymer auf das Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen aufgebracht,
    • - in einem fünften Schritt wird eine lichtdurchlässige Elektrode an der Planarisierungsschicht gebildet.
  • Im Rahmen dieser Anmeldung bedeutet der Ausdruck „Nanostäbchen sind orthogonal zu dem Substrat orientiert“ nicht, dass jedes Stäbchen streng geometrisch unter einem Winkel von 90° relativ zu dem Substrat orientiert ist. Abweichungen innerhalb von 10 Grad sind möglich.
  • Ebenfalls im Rahmen dieser Anmeldung bedeutet der Ausdruck „lichtdurchlässig“ nicht nur eine Durchlässigkeit für sichtbare elektromagnetische Strahlung, sondern, dass der Ausdruck sich auf den infraroten und ultravioletten Bereich erstreckt.
  • Die Elektrode unterhalb des Substrats kann durch irgendein für diese Zwecke geeignetes Verfahren gebildet werden. Insbesondere kann sie gebildet werden durch thermische Vakuumabscheidung einer ultradünnen Aluminium-Schicht (etwa 10 nm) und einer Gold-Schicht (50-200 nm dick), gefolgt von Heizen in einer chemisch inerten Atmosphäre oder im Vakuum (p~1*10-4 Pa).
  • Die lichtdurchlässige Elektrode kann auch auf irgendeinem für diese Zwecke geeigneten Weg gebildet werden. Insbesondere kann sie aus Indiumzinnoxid durch Plasmaspritzen, gefolgt von Tempern - Erhitzen auf eine Temperatur von T∼250°C - gebildet sein.
  • Um die charakteristischen Merkmale der Erfindung besser aufzuzeigen, wird als Beispiel die bevorzugte Ausführungsform, welche nicht als einschränkend gelten soll, nachfolgend durch Bezugnahme auf eine Vorrichtung beschrieben, deren Substrat aus mit Bor dotiertem Silizium hergestellt ist (kristallographische (111)-Orientierung).
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine beispielhafte Implementierung wird durch die Figuren der Zeichnungen veranschaulicht, welche zeigen:
    • 1 - die erfindungsgemäße fotosensitive Vorrichtung (schematisch)
    • 2 - ein Rasterelektronenmikroskop-Bild des gebildeten strukturierten Arrays aus Galliumnitrid-Nanostäbchen
    • 3 - eine grafische Darstellung der Umwandlung von Licht in elektrische Energie (Quantenausbeute) gegen Wellenlänge.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie in 1 dargestellt, weist die Vorrichtung auf: eine Elektrode 1, bestehend aus Metallschichten: Al (Dicke 10 nm oder mehr) und Au (Dicke 50 nm oder mehr); ein Einkristallsubstrat 2 aus mit Bor dotiertem Silizium mit einer Arbeitsfläche mit einer (111)-Orientierung mit einer p-Typ-Leitfähigkeit (ρ~0,1 Ohm*cm) und einer darauf angeordneten heteroepitaktischen Struktur, welche eine Siliziumkarbid-Schicht 3, die bis zu 100 nm dick ist, und eine Planarisierungsschicht aufweist, welche eine dielektrische und lichtdurchlässige Polymerschicht ist (in 1 ist Position 4 das Polymer der Planarisierungsschicht). Die Planarisierungsschicht weist ein zuvor an der Siliziumkarbid-Schicht synthetisiertes Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen 5 mit einer n-Typ-Leitfähigkeit auf, die orthogonal zu dem Substrat orientiert sind und eine Kristallstruktur aufweisen, welche auf die des Substrats abgestimmt ist. Die Höhe der Nanostäbchen beträgt bis zu 2 µm, deren Durchmesser beträgt bis zu 200 nm, die Dichte der Nanostäbchen beträgt etwa 107 Stück cm-2. Eine lichtdurchlässige Elektrode 6, welche aus Indiumzinnoxid (In2O3:Sn) synthetisiert ist, ist an der Planarisierungsschicht gebildet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gemäß der folgenden Technologie erhalten.
  • Im ersten Schritt wurde eine Siliziumkarbid-Schicht 3 an der Oberfläche eines SiliziumSubstrats 2 mit einer (111)-Oberflächen-Orientierung durch chemische Substitution in einem kohlenstoffhaltigen Gasmedium synthetisiert [das Verfahren ist im Patent RU 2 522 812 C1 beschrieben, veröffentlicht am 20.07.2014]. Dazu wird ein Einkristall-Silizium-Substrat in eine gasdurchlässige Graphit-Kammer platziert, die Kammer wird in einen Reaktor platziert, Luft wird ausgepumpt, Heizen auf 800°C wird durchgeführt und Kohlenmonoxid CO wird bei einem Druck von 150 Pa dem Reaktor zugeführt. Dann wird das innere Volumen des Reaktors auf eine Temperatur von 1250 °C erhitzt und, zusätzlich zu CO, wird Silangas SiH4 zugeführt, wobei ein Druck von 150 Pa in dem Reaktor aufrechterhalten wird. Nachdem das Substrat für 10 Minuten unter diesen Bedingungen gehalten worden ist, wird die Gaszufuhr gestoppt, werden die gasförmigen Reaktionsprodukte ausgepumpt und wird der Reaktor gekühlt, wonach eine Graphit-Kammer mit Substraten aus dem Reaktor entnommen wird. Als Ergebnis ist eine kontinuierliche SiC-Schicht an der Oberfläche des Einkristallsiliziums gebildet worden, d.h. die Struktur SiC/Si (111) wurde gebildet.
  • Der Prozess zur Synthese eines Arrays aus Galliumnitrid-Nanostäbchen 5 mit einer n-Typ-Leitfähigkeit (Dotierung), die orthogonal zu dem Substrat orientiert sind und eine kristalline Struktur aufweisen, die auf die eines Substrats abgestimmt ist, wurde durch Molekularstrahlepitaxie mit Stickstoffplasmaaktivierung durchgeführt (MBE-PA). Das Restvakuum in der Wachstumskammer ist nicht höher als 10-10 Pa, die Probentemperatur während des Wachstums wird in dem Bereich von 450 bis 950 °C gesteuert, die Strömungsraten von atomarem Gallium und chemisch aktivem Stickstoff (erhalten durch Aktivierung in nicht-selbsterhaltender Plasmaentladung) betragen etwa 1014 Teilchen*sec-1*cm-2. Zuerst wird die SiC/Si-Struktur (111) in die Wachstumskammer der MBE-PA-Anordnung platziert, welche unter einem ultrahohen Vakuum steht, auf eine Temperatur von Ts=950 °C erhitzt wurde und bei dieser Temperatur für 3 Minuten gehalten wurde. Dann sinkt die Temperatur der Struktur auf Ts=845 °C und das Gallium und der reaktive Stickstoff werden gleichzeitig aus der Quelle der korrespondierenden Materialien abgeschieden (Stickstoff-Strömungsrate FN2=3 Standardkubikzentimeter pro Minute, die Leistung der Plasmaquelle W=500W, Heizer-Temperatur der Galliumquelle TGa=810 °C).
  • Das resultierende strukturierte Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen 5 ist in 2 gezeigt.
  • Die Bildung der unteren Elektrode (Elektrode 1 unterhalb des Substrats 2) wird durch das Verfahren einer thermischen Vakuumabscheidung von Metallschichten Al (Dicke von 10 nm oder mehr) und Au (Dicke von 50 nm oder mehr) und anschließendes Heizen der Struktur auf 400 °C in einer chemisch inerten Atmosphäre (Stickstoff oder Argon) realisiert.
  • Die Bildung der Planarisierungsschicht an dem strukturierten Array aus Nanostäbchen wurde ausgeführt durch Auftragen einer Lösung aus Polymethylmethacrylat-Polymer und/oder dessen Copolymere durch Zentrifugierung, gefolgt von Heizen auf 120 °C zur Polymerisation.
  • Die anschließende Bildung der lichtdurchlässigen Elektrode wurde durchgeführt durch Sputtern eines In2O3:Sn-Targets in einer Plasmaentladung in einem sauerstoffhaltigen Medium (Ar:O2), gefolgt von Tempern bei Temperaturen bis zu 250 °C.
  • Die beanspruchte Vorrichtung funktioniert wie folgt: Strahlung (Photonenfluss) passiert durch die lichtdurchlässige Elektrode und wechselwirkt mit dem Array aus GaN-Nanostäbchen, einer SiC-Schicht und einem Si-Substrat. Ein Hetero-Übergang und, infolgedessen, ein inneres elektrisches Feld werden an den GaN/SiC/p-Typ-Si Grenzflächen gebildet. Unter dem Einfluss der Lichtstrahlung, welche von dem Nanostäbchen-Array absorbiert wird, werden Elektron-Loch-Paare in den Nanostäbchen, welche durch das innere elektrische Feld des Hetero-Übergangs getrennt werden, gebildet, was zum Auftreten einer Potenzialdifferenz an den Elektroden führt.
  • Wie aus 3 zu entnehmen ist, liegt der Sensitivitätsbereich der Vorrichtung in dem Bereich von 400 bis 1100 nm.
  • Somit wird im Gegensatz zu dem Prototyp, in welchem die fotosensitive Struktur an einem isolierenden Substrat gebildet ist, in der beanspruchten Ausführung ein Silizium-Substrat mit einer p-Typ-Leitfähigkeit verwendet und, entsprechend, das Verfahren zu deren Herstellung. Dies vereinfacht die Gestaltungs- und Herstellungs-Technologie und verbessert auch die Leitfähigkeit (Sensitivität der Vorrichtung), weil es keinen Bedarf gibt, ein spezielles Fenster für die Anbringung der Elektrode zu bilden. Darüber hinaus ermöglicht die beanspruchte Vorrichtung aufgrund ihrer Gestaltung, welche durch die angewandte Herstellungstechnologie festgelegt ist, die Funktionsfähigkeit in einem breiten Bereich von absorbierter Strahlung - von Infrarot bis Ultraviolett.
  • Hohe kristalline Perfektion der fotosensitiven Struktur wird durch eine Abstimmung der Parameter der Kristallgitter der gebildeten Schichten erreicht, was durch Folgendes erklärt wird.
  • Die Siliziumkarbid-Schicht ist epitaktisch, was eine nahezu kohärente Abstimmung des Gitters aus Galliumnitrid-Nanostrukturen mit einer Siliziumkarbid-Schicht gewährleistet.
  • Dies ermöglicht das Aufwachsen kristalliner Galliumnitrid-Nanostäbchen mit hoher kristallographischer Qualität.
  • Wie aus dem Bild in 2 zu entnehmen ist, liegt die SiC-Schicht an der Si-Oberfläche, oberhalb der Poren, welche während der Synthese von SiC an Si gebildet worden sind. Die Anwesenheit einer SiC-Pufferschicht, welche an der Si-Oberfläche oberhalb der Poren liegt, ermöglicht es, sowohl die thermoelastischen Spannungen, welche entstehen, wenn die Heterostrukturen von der Wachstumstemperatur auf Raumtemperatur gekühlt werden, als auch die elastischen Spannungen, welche der Differenz der Gitterparametern der Materialien zugeordnet sind, deutlich zu reduzieren.
  • Ein wichtiger Unterschied zwischen SiC-Schichten, welche durch das Atomare-Substitution-Verfahren synthetisiert werden, und SiC-Schichten, welche durch andere Verfahren aufgewachsen werden [FERRO, G.: 3C-SiC Heteroepitaxial Growth on Silicon: The Quest for Holy Grail; In: Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, Vol. 40, 2015, No. 1, S. 56-76], ist die Bildung von Kohlenstoff-Leerstellen-Strukturen an der SiC-Oberfläche, welche, wie von den Autoren festgestellt wurde, nur während der Synthese von SiC aus Si durch Atomsubstitution gebildet werden. Die erhaltene kristalline Oberflächenstruktur liegt bezüglich der Gitterparameter der hexagonalen GaN-Phase vom Wurtzit-Typ am nächsten, welche zu dem Wachstum eines GaN-Nanostäbchen-Arrays mit einer Kristallstruktur, die auf die des Substrats abgestimmt ist, beiträgt.

Claims (5)

  1. Fotosensitive Vorrichtung, welche aufweist: eine Elektrode (1) und eine fotosensitive Schichtstruktur, die darauf gebildet ist, aufweisend: ein Silizium-Substrat (2) mit einer p-Typ-Leitfähigkeit, welches eine Oberfläche mit einer kristallografischen (111)-Orientierung aufweist, mit einer daran gebildeten Siliziumkarbid-Schicht (3), auf welcher eine dielektrische Planarisierungsschicht (4) aus lichtdurchlässigem Polymer angeordnet ist, welche ein Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen (5) aufweist, die orthogonal zu dem Substrat (2) orientiert sind und zuvor an der Siliziumkarbid-Schicht synthetisiert worden sind, und eine an der Planarisierungsschicht (4) gebildete lichtdurchlässige Elektrode (6).
  2. Fotosensitive Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die lichtdurchlässige Elektrode (6) aus Indiumzinnoxid gebildet ist.
  3. Verfahren zur Herstellung einer fotosensitiven Vorrichtung, aufweisend eine Elektrode (1) und eine darauf gebildete fotosensitive Schichtstruktur, wobei deren Schichten in Schritten gebildet werden: in einem ersten Schritt wird eine Siliziumkarbid-Schicht (3) auf einem Silizium-Substrat (2), welches eine Oberfläche mit einer kristallographischen (111)-Orientierung aufweist, durch Atomsubstitution mit der Bildung von Kohlenstoff-Leerstellen-Strukturen gebildet, in einem zweiten Schritt wird ein Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen (5), welche orthogonal zu dem Substrat (2) orientiert sind, an der erhaltenen Siliziumkarbid-Schicht (3) durch Molekularstrahlepitaxie mit Stickstoffplasmaaktivierung gebildet, in einem dritten Schritt wird eine Elektrode (1) unterhalb des Substrats (2) gebildet, in einem vierten Schritt wird eine dielektrische Planarisierungsschicht (4) aus einer Lösung aus lichtdurchlässigem Polymer auf das Array aus Galliumnitrid-Nanostäbchen (5) aufgebracht, in einem fünften Schritt wird eine lichtdurchlässige Elektrode (6) auf der Planarisierungsschicht (4) gebildet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Elektrode (1) unterhalb des Substrats (2) durch thermische Vakuumabscheidung einer Aluminium-Schicht und einer Gold-Schicht gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die lichtdurchlässige Elektrode (6) aus Indiumzinnoxid durch Plasmaspritzen gefolgt von Tempern gebildet wird.
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