[發明專利]一種氧化鎵日盲光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010571215.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111710731B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 趙曉龍;譚鵬舉;徐光偉;侯小虎;龍世兵
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0232;H01L31/0352;H01L31/108;H01L31/111;H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種氧化鎵日盲光電探測器，包括：襯底(100)；多層氧化鎵(200)，多層氧化鎵(200)堆疊設于襯底(100)的表面；氧化鎵(200)與襯底(100)之間、兩層氧化鎵(200)之間設有納米厚度電極層(300)。奇數層納米厚度電極層(300)嵌入氧化鎵內部的同時，延伸至氧化鎵外部并相互重疊；偶數層納米厚度電極層(300)嵌入氧化鎵內部的同時，延伸至氧化鎵外部另外一側并相互重疊。另一方面，本公開還提供了一種氧化鎵日盲光電探測器的制備方法。

技術領域

本公開涉及光電探測技術領域，尤其涉及一種氧化鎵日盲光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器是一類能將光信號轉化為電信號的光電子器件。日盲波段指波長范圍在200～280nm的紫外光，日盲光電探測器具有背景干擾小的突出優點，在導彈預警、火災遙感、高壓電監測、非視距保密光通信等領域具有廣闊的應用前景。日盲光電探測器主要包括外光電效應探測器和內光電效應探測器。外光電效應探測器基于材料中電子在吸收一定波長光后可以獲得足夠能量，從材料內部發射出來的原理制成，主要包括光電倍增管、光電管等。需要高真空和高電壓，同時體積大、易碎等缺點限制了外光電效應探測器在現代電子系統中的應用。半導體中電子吸收一定波長光子后可以發生從價帶到導帶的躍遷，產生光生電子和光生空穴(統稱為光生載流子)，這被稱為內光電效應。內光電效應日盲探測器不需要真空，可以微型化，是目前的研究熱點。內光電效應光電探測器的探測機理主要有兩種。若器件內部不存在內建電場，光生載流子使得半導體的電導率上升，通過器件的電流增大，這稱為光電導效應。若器件內部存在內建電場，光生電子和空穴會在內建電場的推動下分離并分別向器件兩端運動，產生光生電動勢，這稱為光伏效應。當兩種類型不同的半導體相互接觸時，由于能帶不匹配，在兩種半導體的接觸面兩側會產生內建電場。內建電場通常由pn結構建，金屬-半導體(肖特基結)間也存在內建電場。目前用于內光電效應日盲光電探測器的半導體材料主要有Si、GaAs、GaP等傳統半導體材料，GaN、SiC、ZnO等寬禁帶半導體材料，以及Ga₂O₃、金剛石等超寬禁帶半導體材料。相比于其他材料，氧化鎵應用于日盲探測具有顯著優勢：Ga₂O₃是直接帶隙半導體，具有4.9eV的超寬禁帶，直接對應于日盲波段，不需要濾波片或摻雜。超寬的禁帶寬度也使Ga₂O₃具有比其他半導體材料更強的抗輻照能力，同時，Ga₂O₃具有較高的化學穩定性，這些使得Ga₂O₃可以應用于高溫、高輻照等極端環境。目前，Ga₂O₃已可以通過導模法生長得到高質量單晶并實現可控的n型摻雜。相比于其他生長方法，導模法的成本更低，這為未來Ga₂O₃的實用化奠定了基礎。因此氧化鎵(Ga₂O₃)是制作日盲光電探測器的理想材料。目前基于氧化鎵的日盲光電探測器所采用的結構主要有光電導結構、MSM(金屬-半導體-金屬)結構、肖特基結構、異質結結構等。這些結構都存在一定缺陷，導致目前氧化鎵日盲光電探測器普遍存在響應靈敏度不高、暗電流較大、響應和下降速度較慢等問題，實用性較差。例如，不透明的金屬電極對入射光造成阻擋，妨礙了氧化鎵對入射光的完全吸收；氧化鎵的載流子遷移率不高，限制了器件的響應速度；氧化鎵目前還無法實現可控P型摻雜，這導致基于氧化鎵的器件缺乏通過PN結構建內建電場的簡單手段。而內建電場的存在可以加速載流子的運輸，提高器件的響應靈敏度和響應速度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種氧化鎵日盲光電探測器及其制備方法，至少解決以上技術問題。

(二)技術方案