氮化镓微纳结构制备及光电探测性能研究.pdf

摘要

摘要

近年来，随着人工智能、5G等新技术的出现，预示人类社会已向全面数字

化时代转变，这对高密度、大容量、快速通信技术提出了更高需求。作为将光电

信号转换的关键部件，光电探测器的响应度、响应速度和信噪比等性能对后端器

件接收数据的快慢和准确性起着决定性的作用，是实现高速、大容量光通信系统

必须考虑的关键因素。作为典型的第三代半导体，氮化镓（GaN）在以上领域取

得了巨大成功。重要的是，由于GaN具有宽带隙、高电子迁移率、热稳定性好、

易于集成、耐高温和耐辐射等独特性能，适合制作体积小、功耗低、化学和化学

性能良好的固态紫外（UV）探测器。目前，GaN基光电探测器的探测能力得到

了极大的改善，但是由于平面GaN材料对入射光子的吸收有限，传统结构GaN

探测器的响应度通常低，无法满足实际应用中高响应度、快速光电转换的需求。

纳米技术的快速发展为提高GaN基探测器的性能提供了新的途径。本论文基于

GaN微纳米结构的制备，设计并研制了新型的高响应度、快速响应GaN基光电

探测器，取得的研究进展如下：

1.研制了金纳米颗粒（AuNPs）复合多孔GaN结构的光电探测器。在平面

GaN薄膜的基础上，通过电化学刻蚀技术可以实现多孔GaN结构，提高入射光

的捕获能力。刻蚀制备了一系列孔隙率不同的纳米多孔GaN样品，利用大量孔

隙改善GaN的光提取性能。并通过柠檬酸钠还原法制备了金纳米颗粒，并复合

多孔GaN结构得到了AuNPs/porousGaN的新型光电探测器。根据p-GaN快速

热空穴注入和金纳米颗粒局部表面等离激元共振理论，提高了器件的响应度和缩

短了响应时间。并利用FDTD仿真模拟了局部表面等离激元的产生，证实其响应

度相较于传统GaN探测器提高了30倍达到1700mA/W，响应时间缩短至58

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ms/121ms，具有优良的开关比（＞10）。

2.研制了BaTiO3复合GaN结构的光电探测器。月桂酸和紫外光辐照的方法

改变GaN表面亲水性，并对GaN表面进行适当刻蚀后沉积BaTiO3薄膜。在此

基础上，形成具有热电光电效应、高响应率和快速响应速度的高效自供电

BTO/GaN紫外光电探测器（UVPD）。通过GaN和BaTiO3内部极化电场减少响

应时间，在进行预极化的情况下，可获得更高的响应度和更短的响应时间。

关键词：多孔氮化镓光电探测器局部表面等离激元自供电铁电材料

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Abstract

Abstract

Inrecentyears,withtheemergenceofnewtechnologiessuchasartificial

intelligenceand5G,itindicatesthathumansocietyhastransformedintoa

comprehensivedigitalera,whichhasputhigherdemandsonhigh-density,large-

capacity,andfastcommunicationtechnologies.Asakeycomponentthatconverts

optoelectronicsignals,theperformanceofoptoelectronicdetectors,suchasresponsivity,

responsespeed,andsignal-to-noiseratio,playsadecisiveroleinthespeedandaccuracy

ofdatareceptionbybackenddevices.Itis