華南師范大學和北京大學在（100）硅上開發(fā)了基于氮化鎵（GaN）微絲陣列的紫外（UV）金屬 - 半導體 - 金屬（MSM）探測器。

在此項研究中，研究人員稱此款探測器具有比目前報道的多數(shù)GaN納米/微絲或薄膜紫外檢測器更好的性能。該團隊認為其在光電子和片上光電集成系統(tǒng)有很大的應用潛力。

研究人員通過一種自上而下的技術來創(chuàng)建水平微絲，該技術與垂直導線隨機放置和不均勻直徑或曲率不同的波導生長方法相比，可以實現(xiàn)更好的生產(chǎn)重復性。 此外，該技術減少了對結(jié)構到另一基板的復雜剝離和層轉(zhuǎn)移的需要或其他增加生產(chǎn)成本的復雜過程。

利用300nm等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）二氧化硅層制備2英寸高阻（100）硅襯底，該二氧化硅層被轉(zhuǎn)成3μm條紋；通過氫氧化鉀濕法蝕刻硅表面使其產(chǎn)生具有（111）小平面的梯形通道，使其呈現(xiàn)最有利于III族氮化物生長的六方原子排列； 然后用氫氟酸溶液除去氧化物。

微絲陣列通過采用300nm AlN絕緣緩沖液低壓（100mbar）金屬有機化學氣相沉積（MOCVD），然后再摻雜入GaN（圖1）制備得到。將導線與兩個相距20μm的鎳/金肖特基電極接觸。通過熒光實驗可以看出其顯示出了一個尖銳且高強度的近帶邊發(fā)射峰，中心為364.5nm（~3.4eV），且并未未觀察到代表雜質(zhì)和缺陷的黃色發(fā)光。

圖1：（a）圖案化硅襯底上的GaN基微絲陣列的示意圖。（b）典型的SEM 圖像。（c）GaN微絲的HR-TEM 圖像。（d）制造的有序排列的探測器的光學顯微鏡圖像; 比例尺100μm。（e）一個探測器的放大圖像; 比例尺20μm。

在2500μW·cm-2 325nm氦鎘激光功率，5.0V偏壓下，電流為2.71mA；暗電流為1.3μA，靈敏度為2.08×10E5％；電流 - 光輸出功率依賴性遵循冪指數(shù)為0.995；冪指數(shù)接近1表示為低密度的陷阱態(tài)和GaN微絲的晶體質(zhì)量很好；響應度計算為1.17x10E5A / W，外部量子效率（EQE）為4.47x10E5；最大特定探測率為10E16瓊斯。

研究人員聲稱，他們所研制的紫外光電探測器與目前報道的單一GaN納米/微電子和納米線陣列光電探測器相比具有高紫外線靈敏度，高響應度和高EQE的特點。

圖2：（a）GaN微絲的室溫微熒光光譜; （b）黑暗（黑色曲線）和325nm紫外線照射（紅色曲線）下的I - V 特性; 插圖，測試光電探測器的原理圖; （c）與光密度有關的I - V曲線; （d）電流隨光強度而變化; （e）響應度和EQE相關的波長曲線; （f）特定的檢測率依賴的功率密度曲線。

該團隊還在藍寶石上創(chuàng)建了一個具有3μmGaN層的對比器件。這些器件采用鎳/金觸點。電極光刻使用與硅上的微絲器件相同的光掩模。靈敏度，響應度和EQE分別為2.77x10E4％，0.21A / W和0.80。