[發明專利]一種光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110707371.3
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113437165B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 趙曉龍;丁夢璠;于舜杰;龍世兵;徐光偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/109;H01L31/18;H01L21/02
• 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

本公開提供了一種光電探測器，可應用于深紫外及X射線的探測方面，包括：襯底；氧化鎵體結材料光敏層，其位于所述襯底上，其中，氧化鎵體結材料光敏層由和氧化鎵構成II型異質結的半導體材料與氧化鎵按照預置比例混合構成；對電極，相對設置在氧化鎵體結材料光敏層上表面或氧化鎵體結材料光敏層上下表面。本公開還提供了一種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，具體涉及一種光電探測器及其制備方法。

背景技術

對0.01～280nm(含X射線、極紫外、深紫外)波段敏感的短波長探測器對于國土安全、防輻射擴散、空間通信、醫療健康、航天航空和天文觀測等軍民應用領域具有重要意義。在深紫外探測領域，目前實用性器件主要是硅基的光電倍增管和紫外光電管。然而，光電倍增管需要在高壓下工作，具有較大的體積和質量。此外，硅基紫外光電管需要附帶濾光片，這增加了深紫外探測系統的復雜性。在X射線探測領域，目前常用的直接型X射線探測材料主要有非晶Se、Si、Ge、PbI₂、HgI₂、CdTe、CdZnTe和PbO等。然而，這幾種探測材料都屬于中低帶隙的半導體材料，禁帶寬度小于3eV，在工作溫度、耐壓、抗輻照和靈敏度等方面仍然面臨諸多挑戰。因此，現有的此類X射線成像基礎設施體積龐大且面臨嚴重的可靠性與分辨率不夠高的問題。更重要的是，Pb、Hg和Cd等重金屬元素會對環境造成嚴重污染，并對人體有劇毒，不符合目前全球綠色環保的可持續發展理念。

因此，為了制備響應截止波長小于280nm的日盲紫外探測器和無毒高靈敏X射線探測器，需要尋求適用于日盲紫外區域和X射線波段探測的新型無毒寬禁帶半導體材料。而氧化鎵，是一種超寬禁帶半導體材料，有多種相型，如α、β、ε、δ、γ相，禁帶寬度可達4.4eV，對應的截止波長約為280nm，是天然的日盲紫外吸收材料。特別地，與其他寬禁帶半導體材料相比，Ga₂O₃在禁帶寬度(4.7～5.1eV)和X射線吸收率方面具有明顯優勢。同時，氧化鎵具有無毒、高的化學和熱穩定性、高的擊穿場強和強的抗輻射特性等優點，使得氧化鎵探測器可以在惡劣環境中正常工作。

近年來，研究人員開展了基于氧化鎵光電探測器的大量研究，其中大多數探測器一般需要很高的溫度和較復雜的工藝制備材料，例如使用霧化化學氣相沉積、氫化物氣相外延、磁控濺射等技術生長氧化鎵，價格昂貴，限制了其大規模生產。同時目前報道的氧化鎵薄膜基光電探測器的結構大多為金屬-半導體-金屬型或異質結型。金屬-半導體-金屬型器件具有工藝簡單、方便集成的優勢，但沒有內部增益、對微弱光信號的探測能力差、難以獲得高的光電響應度。結型光電探測器利用了結效應的光生載流子倍增效果和對載流子輸運的調制作用，往往能夠獲得較高的光電流增益和較快的響應速度，但研究還處于起步階段，且主要集中在單晶、多晶或非晶氧化鎵薄膜結構與其他半導體材料結合成異質結，但由于氧化鎵薄膜與其他半導體材料存在晶格失配，能帶不相匹配風險，而當晶格失配時就會在異質結界面產生大量缺陷，當能帶匹配差時載流子就無法實現有效分離，且制備工藝復雜，難以實現產業化。因此開發出制備工藝簡單、成本較低且具有增益的氧化鎵光電探測器制備方法，是亟需解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種光電探測器及其制備方法，旨在解決現有技術中的氧化鎵光電光探測器的制備工藝復雜、價格高昂以及在不增加工藝復雜度的情況下提高器件性能等問題。

本公開的第一個方面提供了一種光電探測器，包括：襯底；氧化鎵體結材料光敏層，其位于所述襯底上，其中，所述氧化鎵體結材料光敏層由和氧化鎵構成II型異質結的半導體材料與氧化鎵按照預置比例混合構成；對電極，相對設置在所述氧化鎵體結材料光敏層上表面或所述氧化鎵體結材料光敏層上下表面。

進一步地，和氧化鎵構成II型異質結的半導體材料為氧化鋅或氧化鎳或氮化鋁或硫化鎘或硫化硒或氮化鎵或氧化銅或二硫化鉬或四氧化三鐵。

進一步地，預置比例為1∶1～1∶20。