本發(fā)明涉及半導體光電子器件技術領域，具體是涉及一種用于可見光通信的InGaN量子點光電探測器及其制備方法。

背景技術：

近年來，隨著白光發(fā)光二極管被應用于通信系統(tǒng)的信號發(fā)射端，可見光通信技術（Visible-Light Communication，VLC）成為半導體照明向超越照明發(fā)展的重要趨勢之一，同時VLC作為物聯(lián)網領域的一種新技術、作為短距離通信方式的一種補充，引起了越來越多的關注。VLC技術是以可見光波（波長為380~780nm）作為傳輸媒介的一種短距離光無線通信方式，與通常采用的WiFi、ZigBee、RFID 等無線電波通信方式相比，具有對傳輸速率快、保密性好、無電磁污染、頻譜無需授權等諸多優(yōu)點。

然而，現行的VLC技術中，仍存在一些突出的問題，需要進一步的研究。目前可見光通信常用的光電探測器主要有三種：普通光電二極管（PD）（常用材料為Si和GaP）、雪崩光電二極管（APD）、圖像傳感器（陣列集成式PD），這些光電探測器雖然具有材料體系成熟、工藝技術穩(wěn)定的優(yōu)點、能夠滿足現有調制帶寬與傳輸速率要求。但是這些探測器也存在光電轉換效率不高、容易受到環(huán)境光背景干擾、靈敏度低、體積大、不利于集成等不足，嚴重限制了可見光通信技術的進一步發(fā)展。

相對于傳統(tǒng)的Si、GaP材料，InGaN半導體因其較高的飽和電子遷移速率、波長可調范圍廣等的優(yōu)點成為新型光電探測器的理想材料。同時，目前在VLC系統(tǒng)中用作發(fā)射端光源的白光LED主要有兩種形式：1）InGaN/GaN多重量子阱藍光LED激發(fā)黃光熒光粉發(fā)出白光；2）InGaN藍光LED與紅、綠LED組合發(fā)出白光，因此以InGaN為感光材料能夠使探測器的吸收光譜與光源的發(fā)射光譜保持一致，由此可見，InGaN基可見光探測器在高速高效可見光通信中具有極大潛力。

InGaN基光電探測器主要有肖特基型、MSM型、p-i-n多量子阱型等結構類型，為保證量子效率和響應度，均需要生長比較厚的InGaN材料以增加對光子的吸收率。然而，由于InGaN的面內晶格常數比GaN大，在GaN上生長InGaN時，存在著因晶格失配引起的壓應力，且隨著InGaN厚度的增加，壓應力會逐漸增大，形成三維島狀結構或者生成大量位錯，使得晶體質量嚴重惡化。因此，生長高質量的厚膜InGaN材料仍面臨著技術挑戰(zhàn)，限制了InGaN基光電探測器在VLC系統(tǒng)中的實際應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種結構簡單可靠、制造容易、吸收率高、材料厚度小的用于可見光通信的InGaN量子點光電探測器及其制備方法。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：

本發(fā)明所述的用于可見光通信的InGaN量子點光電探測器，包括具有p-i-n結構的InGaN量子點光電探測器本體，其特點是：所述InGaN量子點光電探測器本體包括由下往上依次設置的襯底、n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，其中所述p型GaN層的表面上設置有p型GaN歐姆接觸結構，所述InGaN量子點光電探測器本體的一側設置有缺口，通過所述缺口使n型GaN層露出表面，且在該表面上設置有n型GaN歐姆接觸結構，所述InGaN/GaN量子點結構層為(InGaN)_n/(GaN)_(n+1)的周期性結構，周期數n為1-20，每層InGaN量子點的厚度為1-5nm。

其中，所述襯底為藍寶石襯底、SiC襯底、GaN襯底、AlN襯底、MoW襯底或其它可以生長GaN材料的襯底。

所述n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層采用金屬有機物化學氣相襯底外延法（MOCVD）、分子束外延法(MBE)或氫化物氣相外延法(HVPE)進行設置。

本發(fā)明所述的用于可見光通信的InGaN量子點光電探測器的制備方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一：在一襯底上依次外延生長n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，其中InGaN/GaN量子點結構層為(InGaN)_n/(GaN)_(n+1)的周期性結構，周期數n為1-20，每層InGaN量子點的厚度為1-5nm；

步驟二：通過光刻和干法刻蝕的方法去除部分的p型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和n型GaN層，使n型GaN層露出表面；

步驟三：在p型GaN的表面上制備p型GaN歐姆接觸結構，并在n型GaN層露出的表面上制備n型GaN歐姆接觸結構，即完成InGaN/GaN量子點光電探測器的制備。

其中，所述襯底為藍寶石襯底、SiC襯底、GaN襯底、AlN襯底、MoW襯底或其它可以生長GaN材料的襯底。

上述步驟一中外延生長的方法為金屬有機物化學氣相襯底外延法（MOCVD）、分子束外延法(MBE)或氫化物氣相外延法(HVPE)。

本發(fā)明所述的p-i-n結構InGaN基量子點光電探測器工作原理如下：當光子能量大于InGaN禁帶寬度時，將激發(fā)InGaN產生電子-空穴對，電子和空穴作為光生載流子，一部分在量子點中弛豫到基態(tài)并進行輻射復合或非輻射復合；另一部分則逸出量子點并在電場的作用下作漂移運動，其中電子移向n區(qū)，空穴移向p區(qū)，形成光生電流。本發(fā)明所述的量子點光電探測器結構中，光激發(fā)產生的電子回到基態(tài)需要幾百ps，而電子逃逸出量子點的時間只需要fs量級，因而電子更容易逸出量子點；本發(fā)明所述的量子點光電探測器具有p-i-n結構，通過調整p區(qū)和n區(qū)的摻雜濃度，其電場分布能夠平衡電子的傳輸速率去匹配空穴的傳輸速率，有利于空穴的輸運，減少由于空穴累積而產生的電流阻塞效應，使光生載流子可以持續(xù)從量子點傳輸出來，對光子吸收具有正反饋作用，從而提高了InGaN量子點光電探測器的吸收系數。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提出的一種具有p-i-n結構的InGaN量子點光電探測器，因為其具有高的光電吸收系數，從而提高了系統(tǒng)的量子效率，增加了器件的響應度，實現了InGaN基可見光探測器在VLC中的應用，而且只需很薄的InGaN的量子點就可以實現可見光通信中光電探測器的需求，這就避免了傳統(tǒng)InGaN基光電探測器中因為吸收系數低，需要較厚的InGaN層作為光吸收層的缺點，從而解決了InGaN材料生長中的一系列難題。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一制備InGaN量子點光電探測器的工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例一制備的InGaN量子點光電探測器的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：

如圖1-2所示，本發(fā)明實施例提供了一種InGaN量子點光電探測器的制造方法和通過該方法制備的芯片的結構，其制備方法包括以下步驟：

步驟一：在襯底1（該襯底1為藍寶石襯底）上采用MOCVD依次外延生長n型GaN層2、InGaN/GaN量子點結構層3和p型GaN層4，具體的量子點結構為一層GaN/InGaN/GaN量子點結構，該InGaN量子點結構的厚度為5nm；

步驟二：通過光刻和干法刻蝕的方法去除部分的p型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和n型GaN層，使n型GaN層2露出表面21；

步驟三：在p型GaN層4的表面41上制備p型GaN歐姆接觸結構6，并在n型GaN層2露出的表面21上制備n型GaN歐姆接觸結構7，即完成InGaN/GaN量子點光電探測器的制備。

通過上述步驟制備的InGaN量子點光電探測器如圖2所示，包括藍寶石襯底1、n型GaN層2、InGaN/GaN量子點結構層3、p型GaN層4、p型GaN歐姆接觸結構6和n型GaN歐姆接觸結構7。由于在上述步驟二中，通過光刻和干法刻蝕的方法去除了部分的p型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和n型GaN層，因此在InGaN量子點光電探測器的一側形成有缺口5，而該缺口5的底面即為n型GaN層2露出的表面21。

實施例二：

該實施例與實施例一的不同之處在于：

步驟一：在SiC襯底上采用MBE依次外延生長n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，具體的量子點結構為一層(InGaN)₅/(GaN)₆量子點結構，該InGaN量子點結構的厚度為4nm。

實施例三：

該實施例與實施例一的不同之處在于：

步驟一：在GaN襯底上采用HVPE依次外延生長n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，具體的量子點結構為一層(InGaN)₁₀/(GaN)₁₁量子點結構，該InGaN量子點結構的厚度為3nm。

實施例四：

該實施例與實施例一的不同之處在于：

步驟一：在AlN襯底上采用MBE依次外延生長n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，具體的量子點結構為一層(InGaN)₁₅/(GaN)₁₆量子點結構，該InGaN量子點結構的厚度為2nm。

實施例五：

該實施例與實施例一的不同之處在于：

步驟一：在MoW襯底上采用MOCVD依次外延生長n型GaN層、InGaN/GaN量子點結構層和p型GaN層，具體的量子點結構為一層(InGaN)₂₀/(GaN)₂₁量子點結構，該InGaN量子點結構的厚度為1nm。

本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發(fā)明權利要求限定的范圍之內。