[發明專利]一種基于非極性a面ZnOS薄膜的光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811489158.4
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109560162B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 何云斌;楊蓉慧子;黎明鍇;丁雅麗;盧寅梅;常鋼;李派;張清風;陳俊年
• 申請（專利權）人: 湖北大學;武漢睿聯智創光電有限公司
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/036;H01L31/0296;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種基于非極性a面ZnOS薄膜的光電探測器及其制備方法。本發明的探測器從下至上依次包括r面藍寶石襯底、非極性a面ZnOS薄膜、一對平行金屬電極，其中：所述平行金屬電極垂直于所述非極性a面ZnOS薄膜的c軸方向。本發明以r面藍寶石作為薄膜生長的襯底，采用脈沖激光燒蝕沉積方法，控制襯底溫度為500～700℃，脈沖激光能量為300～400mJ/Pulse，薄膜沉積氧壓為4～6Pa，在所述r面藍寶石襯底表面沉積非極性a面ZnOS薄膜，然后通過熱蒸發的方法在非極性a面ZnOS薄膜表面蒸鍍電極。本發明的探測器結構簡單，制備工藝也簡單，探測器響應速度快，探測器的探測能力強。

技術領域

本發明屬于光電探測器技術領域，具體地說，本發明涉及一種基于非極性a面ZnOS薄膜的光電探測器及其制備方法。

背景技術

以氧化鋅(ZnO)等為代表的第三代半導體材料是近年來迅速發展起來的新型半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高及抗輻射能力強等優點，是固態光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，正在成為全球半導體產業新的戰略高地。

ZnO作為一種重要的II-VI族寬禁帶半導體，以其獨特的性質和在電子和光電子器件的應用前景得到了廣泛的研究。它具有大的直接帶隙(3.37eV)和激子結合能(60meV)、高的可見光透過率和紫外吸收系數、良好的抗輻射性能，并且資源豐富，化學性能穩定等優勢，讓ZnO在電子和光電子器件的發展運用中擁有更大的潛力，更多的可能性，更強的競爭力。經過十多年持續的攻關研究，隨著人們對ZnO半導體的光、電、磁及壓電等特性的理解和研究不斷深入，ZnO半導體在太陽能電池、發電機、傳感器、探測器、發光二極管和激光器等領域的應用成果不斷涌現，ZnO的研究已進入功能擴展與綜合利用的新階段，展現出良好的應用前景。

2015年發明申請人團隊已經利用脈沖激光沉積的方法成功地在r面藍寶石上沉積得到a面取向的高質量ZnOS外延薄膜，并且研究了不同氧壓條件對ZnOS薄膜成分、結構及光學性質的影響，但是，該現有技術未對ZnOS薄膜應用于光電器件方面進行探究。

本申請是在上述工作的基礎上，進一步深入研究開發和創新后提出的。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺陷和問題，本發明的目的在于提供一種基于非極性a面取向ZnOS薄膜的光電探測器及其制備方法。本發明主要通過a面ZnOS薄膜中的自發極化場來促進光生載流子分離，有效提高光探測器的響應速度，增強探測器的探測能力。

為了實現本發明的上述第一個目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于非極性a面ZnOS薄膜的光電探測器，所述探測器從下至上依次包括r面藍寶石襯底、非極性a面ZnOS薄膜、一對平行金屬電極，其中：所述平行金屬電極垂直于所述非極性a面ZnOS薄膜的c軸方向。

進一步地，上述技術方案，所述非極性a面ZnOS薄膜的厚度為200～400nm，優選為300nm。

進一步地，上述技術方案，所述平行金屬電極的厚度為50nm～100nm。

進一步地，上述技術方案，所述平行金屬電極的間距為10～100μm，優選為100μm。

進一步地，上述技術方案，所述r面藍寶石襯底的厚度為0.1～0.6mm，優選為0.35～0.45mm。

進一步地，上述技術方案，所述平行金屬電極材料可以為Al、Au或Ag中的任一種，優選為Au。

本發明的另一目的在于提供上述所述基于非極性a面ZnOS薄膜的光電探測器的制備方法，所述方法包括以下步驟：