勢皇打的肖特基接觸層2 ;
具有微納結構的本征半導體層3 ；
緩沖層4 ；
襯底5、
能夠形成歐姆接觸的歐姆接觸層6，及，
第二金屬電極7 ;
所述的本征半導體層3為II1-V族高電子迀移率的化合物半導體層。
[0024]本發明的基于微納結構本征半導體太赫茲器件制備方法分為三部分，分別為本征材料的生長、微納結構的制備、源器件工藝。下面以一個在本征層上具有微納結構的金屬-本征砷化鎵-η型摻雜砷化鎵(m-1-n)肖特基二極管為例，其它m-1-ρ型、n_i_p型或者p-1-n型等肖特基二極管與m-1-n型二極管結構組成類似，如圖1所示，以強激光加工制備的微納結構來說明本發明專利【具體實施方式】，其它微納結構制備方法在器件上形成的結構尺寸與面積大小與該實例的實施方式一致。
[0025]1.本征砷化鎵層材料的生長。在實驗中，利用分子束外延技術(MBE)或金屬氧化物氣相化學沉積(M0CVD)等方法進行生長，具體如下:
A.將η型重摻雜(100)方向的砷化鎵先進行預清潔處理，用有機溶液清洗，雙氧水、硫酸及去離子水的配比溶液清洗，去離子水清洗，高純氮氣吹干。
[0026]Β.將砷化鎵襯底置于預處理腔進行抽真空高溫烘烤，去除氧化層。
[0027]C.將襯底移入生長腔，開始生長一層厚度為幾百納米、高摻雜Si的緩沖層，此緩沖層主要阻擋表面難以去除的雜質原子進入本征層。
[0028]D.關閉Si源開關，開始生長砷化鎵本征層，本征層厚度選擇比較關鍵，一般幾百納米到幾個微米，因為一方面保證足夠的厚度制備一層微納結構，另一方面保證制備微納結構完成的神化嫁仍能夠承載尚電場強度。
[0029]2.本征砷化鎵層上微納結構的制備，制備的微納結構如圖2所示。從800 nm激光器放大級出來的飛秒激光(或其它波段的超快激光)，依次通過透鏡、濾波器、分束器，即成為制備微結構的脈沖光源。將砷化鎵晶片放置在一個真空腔末端，前端是一個窗片，保證激光束通過窗片垂直照射到位于真空腔末端的砷化鎵。具體步驟如下:
A.首先將砷化鎵晶片切好，洗凈，吹干，熱烘，固定在真空腔末端底座上。
[0030]B.調整好激光器的激光參數，主要是激光功率大小，以及真空腔末端與透鏡距離，即調整好光斑大小(直徑約為75 μ m)。
[0031]C.將真空腔固定在一個可以在X軸和Z軸移動的步進電機上，調整真空腔位置，使得激光束位于砷化鎵晶片左上方。
[0032]D.對真空腔用機械栗和分子栗抽真空，直至真空度達到要求時，即可開始準備用激光照射砷化鎵晶片。
[0033]E.用Labview程序控制步進電機以某一固定速度沿X軸來回移動2 mm,再沿Z軸向上移動75μπι，如此循環20次，即可獲得一個毫米量級大小的微結構區域。步進電機運行結束后立即擋上激光，以免過多損傷。
[0034]F.對真空腔泄真空，取出砷化鎵晶片，完成微納結構的制備。
[0035]3.器件后期的MEMS工藝。本發明后期采用現代MEMS工藝，以金屬一本征半導體一 η型摻雜型半導體(m-1-n)結構說明制備工藝。具體過程如下:
A.在具有微納結構的砷化鎵晶片背面形成歐姆接觸，并制作電極。可用熱蒸發的方法鍍一層AuGeNi合金或In薄膜，然后再用磁控派射鍍膜機鍍一層Au膜或其它金屬或合金。
[0036]B.鍍好兩層金屬膜后，將其放置在快速退火爐中進行退火。
[0037]C.在微納結構表面制作肖特基接觸，比如用熱蒸發的方法鍍一層NiCr合金或其他半透明合金膜。
[0038]D.在NiCr膜上勻一層光刻膠(負膠)，光刻后顯影，使微結構區域上有一個毫米大小的區域是有光刻膠的。
[0039]E.用磁控濺射鍍膜機鍍一層Au膜電極，然后去膠，在微納結構區域就留有一個毫米級的窗口。
[0040]F.用導電銀漿將器件歐姆接觸面粘在導熱襯底銅片上，用導線將銅片與電路板連接；器件正面用絲焊機或錫焊引金線出來到電路板上。
[0041]至此，基于微納結構本征半導體太赫茲器件制備已全部完成。
[0042]然后將源器件放置在時域光譜系統里進行輻射特性測試，將栗浦激光照射到小窗口上，在上下電極間加反向偏置電壓，即可輻射出寬光譜的太赫茲波，通過改變偏置電壓的大小，可以調節輻射強度。帶有微納結構的器件輻射特性如附圖3所示，可以看出太赫茲輻射在0.5~3.0 THz范圍內輻射強度提高近10 dB。
[0043]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1.一種太赫茲輻射源，是基于肖特基二極管結構的器件，其特征在于，該器件包括由上至下依次設置的: 帶有一個毫米級大小的窗口的第一金屬電極(1); 透明或半透明且能形成肖特基勢皇打的肖特基接觸層(2); 具有微納結構的本征半導體層(3)； 緩沖層(4)； 襯底(5)、 能夠形成歐姆接觸的歐姆接觸層(6)，及， 第二金屬電極(7); 所述的本征半導體層(3)為II1-V族高電子迀移率的化合物半導體層； 所述的襯底(5)為N型或P型重摻雜的高電子迀移率的半導體層。2.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的第一金屬電極(1)為Au膜或其它金屬或者合金電極，厚度為10^102納米量級；所述的第二金屬電極(7)為Au膜或其它金屬或者合金電極，厚度為10^102納米量級。3.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的肖特基接觸層(2)為NiCr膜，厚度為10^101納米量級。4.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的本征半導體層(3)為本征GaAs或InP半導體層。5.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述本征半導體層(3)的厚度為102~103納米量級；所述微納結構厚度為102~103納米量級。6.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的緩沖層(4)為N型摻硅GaAs緩沖層。7.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的襯底(5)為N型GaAs襯底。8.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的歐姆接觸層(6)選擇AuGeNi合金膜或In膜，厚度為10^102納米量級。9.如權利要求1所述的太赫茲輻射源，其特征在于，所述的肖特基二極管結構選擇金屬-本征半導體_n型半導體型肖特基二極管、金屬-本征半導體-ρ型半導體型、η型半導體-本征半導體-ρ型半導體型或者ρ型半導體-本振半導體_n型半導體型中的任意一種結構。10.一種根據權利要求1所述的太赫茲輻射源結構的制備方法，其特征在于，該方法包括: 步驟1，預處理襯底(5); 步驟2，生長緩沖層(4); 步驟3，生長本征半導體層(3); 步驟4，在本征半導體層(3)上制備微納結構； 步驟5，在襯底(5)的背面依次鍍制歐姆接觸層(6)、第二金屬電極(7);然后，在微納結構的表面制作肖特基接觸:鍍肖特基接觸層(2)，然后形成具有毫米級大小窗口的第一金屬電極(1)。
【專利摘要】本發明公開了一種基于具有微納結構的本征半導體層的太赫茲源及制備方法，該太赫茲輻射源是基于肖特基二極管結構的器件，該器件包括由上至下依次設置的：帶有一個毫米級大小的窗口的第一金屬電極；透明或半透明的肖特基接觸層；具有微納結構的本征半導體層；緩沖層；襯底、歐姆接觸層，及，第二金屬電極；該本征半導體層為III-V族高電子遷移率的化合物半導體層；該襯底為N型或P型重摻雜的高電子遷移率的半導體層。本發明的器件結構簡單，技術成熟，能夠使太赫茲輻射在0.5~3.0？THz？范圍內輻射強度提高近10？dB；能夠為太赫茲時域光譜技術在爆炸物、毒品及細菌病毒檢測、生物活體成像及分析等應用領域提供廉價、高效、可室溫工作的太赫茲輻射源。
【IPC分類】H01S1/02
【公開號】CN105390909
【申請號】CN201510739915
【發明人】徐公杰, 朱亦鳴, 李娜, 彭滟, 黃欣, 王曉冰
【申請人】上海無線電設備研究所, 上海理工大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月4日