CN112366233A - 一种GaN基紫外探测器及其制作方法 - Google Patents

一种GaN基紫外探测器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GaN基紫外探测器及其制作方法，其中，所述探测器包括衬底，所述衬底设有多条梯形条和多条梯形槽，所述梯形条和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条的上表面设有保护层；设于梯形槽内的吸收晶体层，其中，每个梯形槽内设有隔离槽，所述隔离槽将梯形槽内的吸收晶体层分开成两个；设于吸收晶体层上并将所有吸收晶体层形成导电连接的电极；设于电极上的增光层，所述增光层由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。本发明采用多种折射率不同的透光材料来制成增光层，并将增光层设置在电极上，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器之内，减少自反射的光散逸，增强探测器的信号需求。

Description

一种GaN基紫外探测器及其制作方法
技术领域
本发明涉及紫外探测器技术领域，尤其涉及一种GaN基紫外探测器及其制作方法。
背景技术
作为第三代半导体之一，GaN因为其独特的光电子特性(3.4eV禁带宽度)，被公认为紫外探测器的核心材料，非常适用于高度集成紫外光电子器件。但是对于传统的GaN紫外探测器来说，其通常是在平面衬底之上制备而成，而平面结构的探测器具有很高的表面反射效率，会导致探测器的光子吸收效率、光探测率以及响应率等性能会受到影响。近些年来，表面修正技术被越来越多的使用于有效地减少表面反射和增强光子的吸收效率方面，尤其是对GaN、AlGaN等外延材料的器件。在诸多表面修正技术中，自上而下的基底微加工技术、自下而上的合成纳米材料(纳米结构和薄膜材料)技术以及二者的结合被认为是最有效的方法和技术路径。利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏探测器，也称结型光电器件。这类器件品种很多，其中包括：光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器(PSD)、光电耦合器件等。
由于紫外光本身容易比折射而不易被吸收，因此紫外探测器在收光的时候，信号很微弱，因此如何减少全反射，增加光吸收，是目前研究人员急需要解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GaN基紫外探测器及其制作方法，减少光反射，增加光吸收，提高紫外探测器的信号需求。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种GaN基紫外探测器及其制作方法，增加紫外光吸光面积，降低欧姆接触，增强紫外光光致电流反应。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种GaN基紫外探测器，包括：
衬底，所述衬底设有多条梯形条和多条梯形槽，所述梯形条和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条的上表面设有保护层；
设于梯形槽内的吸收晶体层，其中，每个梯形槽内设有隔离槽，所述隔离槽将梯形槽内的吸收晶体层分开成两个；
设于吸收晶体层上并将所有吸收晶体层形成导电连接的电极；
设于电极上的增光层，所述增光层由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。
作为上述方案的改进，所述增光层包括抗反射层、穿透层和吸光层，所述抗反射层设于穿透层和电极之间，所述吸光层设于穿透层上；其中，
吸光层的折射率＜穿透层的折射率，且抗反射层的折射率＜穿透层的折射率。
作为上述方案的改进，所述吸光层的折射率为1～1.7，所述穿透层的折射率为1.7～2.4，所述抗反射层的折射率为1～1.4。
作为上述方案的改进，所述吸光层的材质为MgO或SiO2，所述穿透层的材质为SiNx、Ti2O、Ti2O5或Al2O3，所述抗反射层材质为MgO或SiO2。
作为上述方案的改进，所述吸光层的厚度为60～70nm，所述穿透层的厚度为300～600nm，所述抗反射层厚度为80～90nm。
作为上述方案的改进，所述衬底为硅衬底，所述梯形槽的正面为硅衬底的100晶面，所述梯形条的侧面为硅衬底的111晶面，所述吸收晶体层在硅衬底的100晶面上形成。
作为上述方案的改进，所述梯形槽的底部宽度为13～23μm，所述梯形条和梯形槽的总宽度为30～70μm。
作为上述方案的改进，所述隔离槽的宽度为5μm以上；
所述吸收晶体层比梯形条高0.5～1.5μm。
作为上述方案的改进，所述电极包括接触层和导电层，所述接触层设于吸收晶体层和导电层之间，所述导电层设于接触层上，其中，所述接触层的材料选自Ni、Pt、Rh和Pd中的一种或几种，所述导电层的材料选自Au、Al、Ag和Cu中一种或几种。
相应地，本发明还提供了一种GaN基紫外探测器的制作方法，包括：
一、提供衬底，所述衬底设有多条梯形条和多条梯形槽，所述梯形条和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条的上表面设有保护层；
二、在梯形槽内形成吸收晶体层，其中，每个梯形槽内设有隔离槽，所述隔离槽将梯形槽内的吸收晶体层分开成两个；
三、在吸收晶体层上形成电极，所述电极与所有吸收晶体层形成导电连接；
四、在电极上形成增光层，所述增光层由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用多种折射率不同的透光材料来制成增光层，并将增光层设置在电极上，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器之内，同时利用增光层叠层折射率不同的特性，减少自反射的光散逸，增强探测器的信号需求。
本发明在吸收晶体层上设置的电极可以将其形成并联连接，根据公式1/R＝1/R1+1/R2+…+R10，得出内电阻R，进而转换成V＝V1+V2+…+V10，进一步增强紫外光光致电流反应。
本发明通过衬底上的梯形条和梯形槽形成阵列结构，使得形成在梯形槽内吸收晶体层被梯形条隔开，从而增加吸收晶体层的吸光面积，并减少吸收晶体层的缺陷密度；此外，本发明通过形成梯形条和梯形槽的排列方式，来增强本发明GaN基紫外探测器对紫外光光致电流反应，其中，本发明GaN基紫外探测器的光敏面积为0.1～0.4mm2，响应波段为250～350nm，峰值响应度不低于500A/W，暗电流小于1.0nA(1V)。
附图说明
图1是本发明GaN基紫外探测器的立体图；
图2是本发明GaN基紫外探测器的结构示意图；
图3是本发明衬底的结构示意图；
图4是本发明电极的结构示意图；
图5是本发明增光层的示意图；
图6是本发明在衬底上形成吸收晶体层后的结构示意图；
图7是本发明在吸收晶体层上形成电极后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1和图2，本发明提供了一种GaN基紫外探测器，包括衬底10、吸收晶体层20、电极40和增光层50，其中，参见图3，所述衬底10设有多条梯形条11和多条梯形槽12，所述梯形条11和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条11的上表面设有保护层13；每个梯形槽内设有隔离槽30和两个所述吸收晶体层20，所述隔离槽30将两个吸收晶体层20隔开；所述电极40设置在吸收晶体层20上并与所有吸收晶体层20形成导电连接；所述增光层50设于电极40上，所述增光层40由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。
所述梯形条11的上表面设有保护层13，用于隔绝吸收晶体层，使得衬底上的吸收晶体层可以形成并联连接。因此，所述保护层13由绝缘材料制成。优选的，所述保护层13的材料选自二氧化硅、氮化硅和三氧化二铝中的一种或几种。
其中，保护层13的厚度对于隔绝吸收晶体层以及吸收晶体层的形成起着重要的作用，若保护层13的厚度过薄，则起不到隔绝的作用，若保护层13的厚度过厚，则影响吸收晶体层的形成，且增加成本。优选的，所述保护层13的厚度为0.6～1μm。更优的，所述保护层13的厚度为0.6～0.8μm。
其中，本发明的衬底10优选为硅衬底，由于硅衬底容易获得且价格优惠，与蓝宝石衬底相比，硅衬底不易透光，因此对探测器的收光影响更少，更重要的是，硅衬底容易形成梯形槽12和梯形条11。此外，本发明的衬底还可以为GaAs衬底和InP衬底，但不限于此。
优选的，所述梯形槽12的正面为硅衬底的100晶面14，所述梯形条11的侧面为硅衬底的111晶面15，所述吸收晶体层在硅衬底的100晶面14上形成。若吸收晶体层生长在硅衬底的111晶面15上，则在成长的过程中，只会长一个晶轴的方向，虽然晶格失配少，生长出来的质量会比较好，但只能生长出平面结构，无法形成立体结构；而吸收晶体层生长在硅衬底的100晶面14上，则可以沿X轴方向和Y轴方向生长，生长出立体状结构，因此本发明的吸收晶体层要形成立体状结构才能增加其表面积，接收更多的光，进而提高精度和灵敏性。
具体的，晶面(Faces)在晶体学中，为通过晶体中原子中心的平面。晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面。
其中，本发明衬底10上的梯形槽12用于隔绝吸收晶体层，同时为吸收晶体层提供生长基底，因此梯形槽12的宽度和深度对吸收晶体层的形成起着重要的作用。若梯形槽12的深度太浅，则形成在同一个梯形条11两侧的吸收晶体层容易连接在一起，若梯形槽12的深度太深，则吸收晶体层不能沿着梯形条11的斜面生长，无法达到最大的吸收面积。此外，若梯形槽12的宽度过小，则形成在同一个梯形槽12内的吸收晶体层容易连接在一起，若梯形槽12的宽度过宽，则会减少吸收晶体层的吸收面积。优选的，所述梯形槽12的底部宽度为13～23μm，所述梯形槽12的高度为1～3μm。更优的，所述梯形槽12的底部宽度为15～20μm，所述梯形槽12的高度为1.5～2μm。
其中，所述吸收晶体层在沉积生长的时候，需要沿着梯形条11的侧面沉积成形，若梯形条11的侧面与梯形槽12正面的夹角(θ)过大，则减少吸收晶体层的长晶面积；若梯形条11的侧面与梯形槽12正面的夹角(θ)过小，则增加吸收晶体层沿着梯形条11的侧面沉积成型的难度。优选的，所述夹角的角度为125°～145°。
其中，衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数对吸收晶体层形成和质量起着重要的作用，若衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数太少，则吸收晶体层的生长效果会受到影响；若衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数过多，则吸收晶体层的缺陷密度会增加，容易漏电。优选的，衬底上梯形条11和梯形槽12的总宽度为30～70μm。更优的，衬底上梯形条11和梯形槽12的总宽度为30～50μm。
具体的，在形成保护层13之前，本发明采用ICP刻蚀工艺对衬底进行刻蚀，形成所述梯形槽12和梯形条11。
所述吸收晶体层20由GaN制成，其中，每个梯形槽12内设有隔离槽30，所述隔离槽30将梯形槽12内的吸收晶体层20分开成两个，即设于同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20不连接在一起，其中一个吸收晶体层20连接在梯形槽12一侧的梯形条11侧壁上，另一个吸收晶体层20连接在梯形槽12另一侧的梯形条11的侧壁上。
若设于同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20连接在一起，则衬底10上的吸收晶体层20不能形成并联连接，这样会增加吸收晶体层20的缺陷，降低探测器的电流响应度。此外，所述吸收晶体层20沿着梯形条11的侧壁形成，即所述吸收晶体层20紧贴在所述梯形条11的侧壁。
优选的，所述隔离槽30的宽度为5μm以上，即同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20之间的最少距离为5μm以上。
更优的，同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20之间的距离为6～15μm。
其中，所述吸收晶体层20要高于梯形条11，这样不仅可以增加吸收晶体层20的吸收面积，还可以更好地在吸收晶体层20上形成电极。优选的，所述吸收晶体层20比梯形条11高0.5～1.5μm。若吸收晶体层20比梯形条11高出太多，会影响电极的形成，电极会部分沉积到梯形条11上，不能形成平面结构；若吸收晶体层20比梯形条11高出太少，则会减少吸收晶体层20的吸收面积，且电极容易接触到梯形条11造成漏电短路。
更优的，所述吸收晶体层20的厚度为2～3μm。
由于本发明的吸收晶体层20生长在硅衬底的100晶面上，因此会产生一定的晶格失配，为了减少吸收晶体层20与硅衬底之间的晶格缺陷，所述吸收晶体层20和硅衬底之间设有缓冲层，所述缓冲层为氮化铝。即，在形成所述吸收晶体层20之前，先在梯形槽12内和梯形条11侧壁上形成所述缓冲层。其中，所述缓冲层也是采用MOCVD或HVPE沈积的方法形成。
需要说明的是，所述缓冲层的厚度对于减少吸收晶体层20和衬底之间的晶格缺陷起着重要的作用，若缓冲层的厚度过薄，则起不到缓冲的作用；若缓冲层的厚度过后，反而增加晶格缺陷。优选的，所述缓冲层的厚度为0.1～0.5μm。更优的，所述缓冲层的厚度为0.2～0.3μm。
参见图4，所述电极40包括接触层41和导电层42，所述接触层41设于吸收晶体层20和导电层42之间，用于降低半导体与金属之间的萧特基位能，所述导电层42设于接触层41上，用于将伴生电流传递出来，或者本发明的探测器外加电流量测时，所述导电层42起电流导通作用。
为了保证接触层41可以降低半导体与金属之间的萧特基位能，所述接触层41必需由金属活动性低的金属制成，具体的，所述接触层41的材料选自Ni、Pt、Rh和Pd中的一种或几种。优选的，所述接触层41的材料为Ni。
其中，所述导电层42由高导电率材料制成，其中，所述导电层42的材料选自Au、Al、Ag和Cu中一种或几种。优选的，所述导电层42的材料为Au。此外，所述导电层42也可以为合金组合，如Al/Ag、Au/Ag、Al/Ag。
具体的，本发明电极40的结构为Ni/Au、Ni/Al/Ag或Ni/Al/Ag的金属叠层结构。其中，所述电极40的结构选用Ni/Al/Ag或Ni/Al/Ag的金属叠层结构优于选用Ni/Au的金属叠层结构。由于金形成的金属薄膜，紫外光不易穿透，因此紫外光容易被金薄膜吸收，从而影响吸收晶体层吸收紫外光；而铝和银形成的金属薄膜，紫外光容易穿透，因此不影响吸收晶体层吸收紫外光，增加探测器的精度和灵敏性。
由于铝和银形成的电极结构不影响吸收晶体层吸收紫外光，因此电极的总面积可以占GaN基紫外探测器面积的30％～60％。其中，电极40的面积对于紫外探测器的精度和灵敏度起着重要的影响，若电极40的面积过大，则会遮挡光线，影响吸收晶体层20吸收；若电极40的面积过小，则电阻过大，从而使得紫外探测器所反馈的伴生电流被电极40内阻吃掉，造成收不到信号。因此电极40的面积优选为GaN基紫外探测器面积的30％～60％。更优的，电极40的面积为GaN基紫外探测器面积的40％～50％。
其中，若电极40的厚度太薄，则无法覆盖在吸收晶体层上，从而增加片电阻；若电极的厚度过后，则会吸收紫外光线，影响紫外探测器的精度。优选的，所述电极的总厚度为5～30nm，其中，所述接触层41的厚度为3～10nm，所述导电层42的厚度为6～20nm。更优的，所述电极的总厚度为7～15nm，其中，所述接触层41的厚度为4～8nm，所述导电层42的厚度为8～11nm。
本发明在电极40上设置增光层50，其中，所述增光层50由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器内，同时利用增光层50的特性，减少自反射的光散逸，达成增强信号的效果。具体的，组成增光层50的材料的折射率为1～2.4。
参见图5，所述增光层50包括抗反射层51、穿透层52和吸光层53，所述抗反射层51设于穿透层52和电极40之间，其位于增光层50的最里面，为了防止进入到探测器内的光折射出去，因此抗反射层51的折射率越小越好；所述吸光层53设于穿透层52上，其位于增光层50的最外面，直接空气直接接触，因此吸光层53的折射率要与空气的折射率相近，这样才可以减少空气的折射影响，使更多的紫外光入射到探测器内；所述穿透层52设于反射层51和吸光层53之间，其折射率要大于反射层51和吸光层53。
优选的，所述吸光层53的折射率为1～1.7，所述穿透层52的折射率为1.7～2.4，所述抗反射层51的折射率为1～1.4。
更优的，所述吸光层53的折射率为1～1.5，所述穿透层52的折射率为1.7～2，所述抗反射层51的折射率为1～1.2。
为了保证增光层50的透光效果，避免增光层50吸光，优选的，所述吸光层53的材质为MgO或SiO2，所述穿透层52的材质为SiNx、Ti2O、Ti2O5或Al2O3，所述抗反射层51材质为MgO或SiO2。
由于紫外光的波长短，所以吸光层53厚度要薄，且其厚度要符合紫外光波长*1/4，此外，抗反射层51面对的是GaN的吸收光谱，同样要符合波长*1/4。
其中，穿透层52要有一定的厚度，这样可以其保护层的作用，保护电极，此外，具有一定厚度的穿透层52有助于减少吸光层53的粗糙不平整，使光容易进入增光层50，但穿透层52太厚的话，又会造成光穿透时消耗。
优选的，所述吸光层53的厚度为60～70nm，所述穿透层52的厚度为300～600nm，所述抗反射层51厚度为80～90nm。
本发明采用多种折射率不同的透光材料来制成增光层，并将增光层设置在电极上，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器之内，同时利用增光层叠层折射率不同的特性，减少自反射的光散逸，增强探测器的信号需求。
本发明的电极采用金属活动性低的金属来制成接触层41，以及采用高导电率和紫外光吸收率低的金属来制成导电层42来形成金属叠层结构，在减少电极对紫外光吸收和降低线阻的同时，减少欧姆接触，达到最佳优化的电极结构来增强本发明GaN基紫外探测器对紫外光光致电流反应。
本发明通过衬底上的梯形条11和梯形槽12形成阵列结构，使得形成在梯形槽12内吸收晶体层20被梯形条11隔开，从而增加吸收晶体层20的吸光面积，并减少吸收晶体层20的缺陷密度；此外，本发明通过形成梯形条11和梯形槽12的排列方式，来增强本发明GaN基紫外探测器对紫外光光致电流反应，其中，本发明GaN基紫外探测器的光敏面积为0.1～0.4mm2，响应波段为250～350nm，峰值响应度不低于500A/W，暗电流小于1.0nA(1V)。本发明实现了晶圆级纳米阵列生长，通过优化设计和生长高质量GaN基纳米线阵列，突破晶圆级纳米阵列外延工艺。
此外，本发明在吸收晶体层20上设置的电极40可以将其形成并联连接，根据公式1/R＝1/R1+1/R2+…+R10，得出内电阻R，进而转换成V＝V1+V2+…+V10，从而增强紫外光光致电流反应。
相应地，本发明提供的一种GaN基紫外探测器的制作方法，包括以下步骤：
一、提供衬底；
参见图5，所述衬底10设有多条梯形条11和多条梯形槽12，所述梯形条11和梯形槽12交替设置形成阵列结构，所述梯形条11的上表面设有保护层13，用于隔绝吸收晶体层，使得衬底上的吸收晶体层可以形成并联连接。因此，所述保护层13由绝缘材料制成。优选的，所述保护层13的材料选自二氧化硅、氮化硅和三氧化二铝中的一种或几种。
其中，保护层13的厚度对于隔绝吸收晶体层以及吸收晶体层的形成起着重要的作用，若保护层13的厚度过薄，则起不到隔绝的作用，若保护层13的厚度过厚，则影响吸收晶体层的形成，且增加成本。优选的，所述保护层13的厚度为0.6～1μm。更优的，所述保护层13的厚度为0.6～0.8μm。
其中，本发明的衬底10优选为硅衬底，由于硅衬底容易获得且价格优惠，与蓝宝石衬底相比，硅衬底不易透光，因此对探测器的收光影响更少，更重要的是，硅衬底容易形成梯形槽12和梯形条11。此外，本发明的衬底还可以为GaAs衬底和InP衬底，但不限于此。
优选的，所述梯形槽12的正面为硅衬底的100晶面14，所述梯形条11的侧面为硅衬底的111晶面15，所述吸收晶体层在硅衬底的100晶面14上形成。若吸收晶体层生长在硅衬底的111晶面15上，则在成长的过程中，只会长一个晶轴的方向，虽然晶格失配少，生长出来的质量会比较好，但只能生长出平面结构，无法形成立体结构；而吸收晶体层生长在硅衬底的100晶面14上，则可以沿X轴方向和Y轴方向生长，生长出立体状结构，因此本发明的吸收晶体层要形成立体状结构才能增加其表面积，接收更多的光，进而提高精度和灵敏性。
具体的，晶面(Faces)在晶体学中，为通过晶体中原子中心的平面。晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面。
其中，本发明衬底10上的梯形槽12用于隔绝吸收晶体层，同时为吸收晶体层提供生长基底，因此梯形槽12的宽度和深度对吸收晶体层的形成起着重要的作用。若梯形槽12的深度太浅，则形成在同一个梯形条11两侧的吸收晶体层容易连接在一起，若梯形槽12的深度太深，则吸收晶体层不能沿着梯形条11的斜面生长，无法达到最大的吸收面积。此外，若梯形槽12的宽度过小，则形成在同一个梯形槽12内的吸收晶体层容易连接在一起，若梯形槽12的宽度过宽，则会减少吸收晶体层的吸收面积。优选的，所述梯形槽12的底部宽度为13～23μm，所述梯形槽12的高度为1～3μm。更优的，所述梯形槽12的底部宽度为15～20μm，所述梯形槽12的高度为1.5～2μm。
其中，所述吸收晶体层在沉积生长的时候，需要沿着梯形条11的侧面沉积成形，若梯形条11的侧面与梯形槽12正面的夹角(θ)过大，则减少吸收晶体层的长晶面积；若梯形条11的侧面与梯形槽12正面的夹角(θ)过小，则增加吸收晶体层沿着梯形条11的侧面沉积成型的难度。优选的，所述夹角的角度为125°～145°。
其中，衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数对吸收晶体层形成和质量起着重要的作用，若衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数太少，则吸收晶体层的生长效果会受到影响；若衬底上梯形条11和梯形槽12的周期数过多，则吸收晶体层的缺陷密度会增加，容易漏电。优选的，衬底上梯形条11和梯形槽12的总宽度为30～70μm。更优的，衬底上梯形条11和梯形槽12的总宽度为30～50μm。
具体的，在形成保护层13之前，本发明采用ICP刻蚀工艺对衬底进行刻蚀，形成所述梯形槽12和梯形条11。
二、在梯形槽12内形成吸收晶体层；
参见图6，所述吸收晶体层20由GaN制成，其中，每个梯形槽12内设有隔离槽30，所述隔离槽30将梯形槽12内的吸收晶体层20分开成两个，即设于同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20不连接在一起，其中一个吸收晶体层20连接在梯形槽12一侧的梯形条11侧壁上，另一个吸收晶体层20连接在梯形槽12另一侧的梯形条11的侧壁上。
若设于同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20连接在一起，则衬底10上的吸收晶体层20不能形成并联连接，这样会增加吸收晶体层20的缺陷，降低探测器的电流响应度。此外，所述吸收晶体层20沿着梯形条11的侧壁形成，即所述吸收晶体层20紧贴在所述梯形条11的侧壁。
优选的，所述隔离槽30的宽度为5μm以上，即同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20之间的最少距离为5μm以上。
更优的，同一个梯形槽12内的两个吸收晶体层20之间的距离为6～15μm。
所述吸收晶体层的制备方法包括：
(21)采用MOCVD或HVPE法在梯形槽12内沉积形成吸收晶体层20；
其中，本发明的吸收晶体层20用于吸收紫外光和/或深紫外光。优选的，所述吸收晶体层20的材料为氮化镓。具体的，形成在梯形槽12内的吸收晶体层20为长条形结构，截面形状为倒梯形。
其中，所述吸收晶体层20要高于梯形条11，这样不仅可以增加吸收晶体层20的吸收面积，还可以更好地在吸收晶体层20上形成电极。优选的，所述吸收晶体层20比梯形条11高0.5～1.5μm。若吸收晶体层20比梯形条11高出太多，会影响电极的形成，电极会部分沉积到梯形条11上，不能形成平面结构；若吸收晶体层20比梯形条11高出太少，则会减少吸收晶体层20的吸收面积，且电极容易接触到梯形条11造成漏电短路。
更优的，所述吸收晶体层20的厚度为2～3μm。
具体的，本发明采用MOCVD沈积法在梯形槽12内形成吸收晶体层20。优选的，在压力为500～600torr，温度为900～1100℃，生长速度小于2μm/HR的条件下，形成所述吸收晶体层20。
更优的，在上述条件下，通入TMGa、NH3、N2、H2和SiH4气体，流量分别为40～60sccm、75～95L、25～40L、135～155L、25～40sccm，形成由GaN制成的吸收晶体层20。
(22)对步骤(11)形成的吸收晶体层20进行蚀刻，刻蚀至衬底的表面形成隔离槽30，以将梯形槽12内的吸收晶体层20分开成两个。
其中，采用湿法或干法蚀刻的方法来蚀刻所述吸收晶体层20。优选的，采用ICP来刻蚀所述吸收晶体层20。
由于本发明的吸收晶体层20生长在硅衬底的100晶面上，因此会产生一定的晶格失配，为了减少吸收晶体层20与硅衬底之间的晶格缺陷，所述吸收晶体层20和硅衬底之间设有缓冲层，所述缓冲层为氮化铝。即，在形成所述吸收晶体层20之前，先在梯形槽12内和梯形条11侧壁上形成所述缓冲层。其中，所述缓冲层也是采用MOCVD或HVPE沈积的方法形成。
需要说明的是，所述缓冲层的厚度对于减少吸收晶体层20和衬底之间的晶格缺陷起着重要的作用，若缓冲层的厚度过薄，则起不到缓冲的作用；若缓冲层的厚度过后，反而增加晶格缺陷。优选的，所述缓冲层的厚度为0.1～0.5μm。更优的，所述缓冲层的厚度为0.2～0.3μm。
三、形成电极；
参见图7，在吸收晶体层20上形成电极40，所述电极40与所有吸收晶体层20形成导电连接。本发明的电极40优选为平面结构的电极40。其中，本发明的电极40设有两个，两个电极40是分开的，没有正负极性之分，可以正向或反向接电。吸收晶体层20吸收到紫外光之后，探测器会产生伴生电流，而吸收晶体层20的整个电阻会产生变化，可以被探测到。
具体的，采用蒸镀或溅射的方法在吸收晶体层20上沉积金属形成所述电极40。优选的，参见图4，所述电极40为金属叠层结构，包括接触层41和导电层42，所述接触层41设于吸收晶体层和导电层42之间，用于降低半导体与金属之间的萧特基位能，所述导电层42设于接触层41上，用于将伴生电流传递出来，或者本发明的探测器外加电流量测时，所述导电层42起电流导通作用。
为了保证接触层41可以降低半导体与金属之间的萧特基位能，所述接触层41必需由金属活动性低的金属制成，具体的，所述接触层41的材料选自Ni、Pt、Rh和Pd中的一种或几种。优选的，所述接触层41的材料为Ni。
其中，所述导电层42由高导电率材料制成，其中，所述导电层42的材料选自Au、Al、Ag和Cu中一种或几种。优选的，所述导电层42的材料为Au。此外，所述导电层42也可以为合金组合，如Al/Ag、Au/Ag、Al/Ag。
具体的，本发明的电极结构为Ni/Au、Ni/Al/Ag或Ni/Al/Ag的金属叠层结构。其中，所述电极结构选用Ni/Al/Ag或Ni/Al/Ag的金属叠层结构比选用Ni/Au的金属叠层结构，可以吸收更多的紫外光。
由于金形成的金属薄膜，紫外光不易穿透，因此紫外光容易被金薄膜吸收，从而影响吸收晶体层吸收紫外光；而铝和银形成的金属薄膜，紫外光容易穿透，因此不影响吸收晶体层吸收紫外光，增加探测器的精度和灵敏性。
由于铝和银形成的电极结构不影响吸收晶体层吸收紫外光，因此电极的总面积可以占GaN基紫外探测器面积的30％～60％。其中，电极40的面积对于紫外探测器的精度和灵敏度起着重要的影响，若电极40的面积过大，则会遮挡光线，影响吸收晶体层20吸收；若电极40的面积过小，则电阻过大，从而使得紫外探测器所反馈的伴生电流被电极40内阻吃掉，造成收不到信号。因此电极40的面积优选为GaN基紫外探测器面积的30％～60％。更优的，电极40的面积为GaN基紫外探测器面积的40％～50％。
其中，若电极40的厚度太薄，则无法覆盖在吸收晶体层上，从而增加片电阻；若电极的厚度过后，则会吸收紫外光线，影响紫外探测器的精度。优选的，所述电极的总厚度为5～30nm，其中，所述接触层41的厚度为3～10nm，所述导电层42的厚度为6～20nm。更优的，所述电极的总厚度为7～15nm，其中，所述接触层41的厚度为4～8nm，所述导电层42的厚度为8～11nm。
四、形成增光层；
参见图1和图2，采用蒸镀、溅射或PECVD沈积法在电极40上形成增光层50，具体的，所述增光层50由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器内，同时利用增光层50的特性，减少自反射的光散逸，达成增强信号的效果。具体的，组成增光层50的材料的折射率为1～2.4。
参见图5，所述增光层50包括抗反射层51、穿透层52和吸光层53，所述抗反射层51设于穿透层52和电极40之间，其位于增光层50的最里面，为了防止进入到探测器内的光折射出去，因此抗反射层51的折射率越小越好；所述吸光层53设于穿透层52上，其位于增光层50的最外面，直接空气直接接触，因此吸光层53的折射率要与空气的折射率相近，这样才可以减少空气的折射影响，使更多的紫外光入射到探测器内；所述穿透层52设于反射层51和吸光层53之间，其折射率要大于反射层51和吸光层53。
优选的，所述吸光层53的折射率为1～1.7，所述穿透层52的折射率为1.7～2.4，所述抗反射层51的折射率为1～1.4。
更优的，所述吸光层53的折射率为1～1.5，所述穿透层52的折射率为1.7～2，所述抗反射层51的折射率为1～1.2。
为了保证增光层50的透光效果，避免增光层50吸光，优选的，所述吸光层53的材质为MgO或SiO2，所述穿透层52的材质为SiNx、Ti2O、Ti2O5或Al2O3，所述抗反射层51材质为MgO或SiO2。
由于紫外光的波长短，所以吸光层53厚度要薄，且其厚度要符合紫外光波长*1/4，此外，抗反射层51面对的是GaN的吸收光谱，同样要符合波长*1/4。
其中，穿透层52要有一定的厚度，这样可以其保护层的作用，保护电极，此外，具有一定厚度的穿透层52有助于减少吸光层53的粗糙不平整，使光容易进入增光层50，但穿透层52太厚的话，又会造成光穿透时消耗。
优选的，所述吸光层53的厚度为60～70nm，所述穿透层52的厚度为300～600nm，所述抗反射层51厚度为80～90nm。
本发明采用多种折射率不同的透光材料来制成增光层，并将增光层设置在电极上，用于减少空气对氮化镓折射率的变化，让紫外光能够顺利进入探测器之内，同时利用增光层叠层折射率不同的特性，减少自反射的光散逸，增强探测器的信号需求。
本发明的电极采用金属活动性低的金属来制成接触层41，以及采用高导电率和紫外光吸收率低的金属来制成导电层42来形成金属叠层结构，在减少电极对紫外光吸收和降低线阻的同时，减少欧姆接触，达到最佳优化的电极结构来增强本发明GaN基紫外探测器对紫外光光致电流反应。
本发明通过衬底上的梯形条11和梯形槽12形成阵列结构，使得形成在梯形槽12内吸收晶体层20被梯形条11隔开，从而增加吸收晶体层20的吸光面积，并减少吸收晶体层20的缺陷密度；此外，本发明通过形成梯形条11和梯形槽12的排列方式，来增强本发明GaN基紫外探测器对紫外光光致电流反应，其中，本发明GaN基紫外探测器的光敏面积为0.1～0.4mm2，响应波段为250～350nm，峰值响应度不低于500A/W，暗电流小于1.0nA(1V)。本发明实现了晶圆级纳米阵列生长，通过优化设计和生长高质量GaN基纳米线阵列，突破晶圆级纳米阵列外延工艺。
此外，本发明在吸收晶体层20上设置的电极40可以将其形成并联连接，根据公式1/R＝1/R1+1/R2+…+R10，得出内电阻R，进而转换成V＝V1+V2+…+V10，从而增强紫外光光致电流反应。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种GaN基紫外探测器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底设有多条梯形条和多条梯形槽，所述梯形条和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条的上表面设有保护层；
设于梯形槽内的吸收晶体层，其中，每个梯形槽内设有隔离槽，所述隔离槽将梯形槽内的吸收晶体层分开成两个；
设于吸收晶体层上并将所有吸收晶体层形成导电连接的电极；
设于电极上的增光层，所述增光层由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。
2.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述增光层包括抗反射层、穿透层和吸光层，所述抗反射层设于穿透层和电极之间，所述吸光层设于穿透层上；其中，
吸光层的折射率＜穿透层的折射率，且抗反射层的折射率＜穿透层的折射率。
3.如权利要求2所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述吸光层的折射率为1～1.7，所述穿透层的折射率为1.7～2.4，所述抗反射层的折射率为1～1.4。
4.如权利要求3所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述吸光层的材质为MgO或SiO2，所述穿透层的材质为SiNx、Ti2O、Ti2O5或Al2O3，所述抗反射层材质为MgO或SiO2。
5.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述吸光层的厚度为60～70nm，所述穿透层的厚度为300～600nm，所述抗反射层厚度为80～90nm。
6.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述衬底为硅衬底，所述梯形槽的正面为硅衬底的100晶面，所述梯形条的侧面为硅衬底的111晶面，所述吸收晶体层在硅衬底的100晶面上形成。
7.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器，其特征在于，所述梯形槽的底部宽度为13～23μm，所述梯形条和梯形槽的总宽度为30～70μm。
8.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器的制作方法，其特征在于，所述隔离槽的宽度为5μm以上；
所述吸收晶体层比梯形条高0.5～1.5μm。
9.如权利要求1所述的GaN基紫外探测器的制作方法，其特征在于，所述电极包括接触层和导电层，所述接触层设于吸收晶体层和导电层之间，所述导电层设于接触层上，其中，所述接触层的材料选自Ni、Pt、Rh和Pd中的一种或几种，所述导电层的材料选自Au、Al、Ag和Cu中一种或几种。
10.一种GaN基紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括：
一、提供衬底，所述衬底设有多条梯形条和多条梯形槽，所述梯形条和梯形槽交替设置形成阵列结构，所述梯形条的上表面设有保护层；
二、在梯形槽内形成吸收晶体层，其中，每个梯形槽内设有隔离槽，所述隔离槽将梯形槽内的吸收晶体层分开成两个；
三、在吸收晶体层上形成电极，所述电极与所有吸收晶体层形成导电连接；
四、在电极上形成增光层，所述增光层由多种折射率不同的透光材料组成叠层结构。
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