[發明專利]一種三氧化二鎵日盲紫外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010598387.0
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111628019B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 劉可為;孫璇;申德振;陳星;張振中;李炳輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/108;H01L31/18;C23C16/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種Ga₂O₃紫外探測器，包括依次疊加設置的襯底、Ga₂O₃：Zn薄膜和金屬叉指電極。本申請還提供了一種Ga₂O₃紫外探測器的制備方法。本發明提供的Ga₂O₃紫外探測器的Ga₂O₃薄膜層具有結晶質量高、吸收截至邊陡峭等特點，進而使包含Ga₂O₃薄膜層的紫外探測器同時具有非常高的響應速度和較低的暗電流。

技術領域

本發明涉及半導體材料生長技術領域，尤其涉及一種Ga₂O₃日盲紫外探測器及其制備方法。

背景技術

紫外探測技術在導彈尾焰探測、火焰傳感、空氣和水凈化以及空對空通信等軍事和民用領域有廣闊的應用前景。波長小于280nm的紫外輻射由于地球上空臭氧層的阻擋，幾乎無法傳播到地球表面，被稱為日盲紫外。工作在日盲波段的日盲紫外探測器不受太陽輻射的干擾，具有更高的靈敏度，可用于導彈預警等方面。近年來，寬禁帶半導體在日盲紫外(200nm-280nm)光探測方面的具有廣闊的應用前景。寬禁帶半導體紫外探測器因其體積小、重量輕、工作時不需濾光片、無需制冷等優點被認為是可以取代真空光電倍增管和Si光電倍增管的第三代紫外探測器。

β-Ga₂O₃作為一種新型的寬禁帶半導體材料，禁帶寬度約為4.98eV，有許多良好的物理性能，如：禁帶寬度大，擊穿場強高，介電常數大，在可見光和紫外光波段透過率高，而且相較于ZnMgO，AlGaN等常見的日盲紫外材料，β-Ga₂O₃更容易制備出結晶性好、高質量的薄膜，是一種非常適合制備日盲探測器的材料。然而和一般氧化物半導體類似，本征β-Ga₂O₃通常表現出n型導電，并由于氧空位等缺陷的自補償效應，p型Ga₂O₃很難獲得。但器件的應用又往往基于pn結。理論上，二價元素的摻雜將會實現Ga₂O₃薄膜的p型轉變。因此已經引起越來越多的學者的關注。

Ga₂O₃:Zn薄膜是以Zn通過摻雜技術來改進β-Ga₂O₃薄膜在光學和電學的性能所生長的薄膜禁帶寬度在4.4-5.0eV之間，在原理上可以應用于248-280nm范圍內的紫外光電器件等領域。但是Ga₂O₃:Zn薄膜自身質量的問題而限制了其在日盲紫外探測器的應用。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種具有低的暗電流和快的光響應速度的Ga₂O₃日盲紫外探測器。

有鑒于此，本申請提供了一種Ga₂O₃日盲紫外探測器，包括依次疊加設置的襯底、Ga₂O₃：Zn薄膜和金屬叉指電極；

所述Ga₂O₃：Zn薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將清洗后的襯底置于MOCVD生長腔內，在所述MOCVD生長腔內通入保護性氣氛，再將所述襯底加熱；

以有機鋅化合物作為鋅源，以有機鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣作為氧源，在加熱后的襯底表面生長薄膜；

將生長后的薄膜進行熱處理，得到Ga₂O₃：Zn薄膜。

優選的，所述金屬叉指電極的厚度為20～40nm。