一种氧化镓基紫外探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种氧化镓基紫外探测器，包括氧化镓晶体衬底、石墨烯层、第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，其中，第一欧姆接触电极生长在所述氧化镓晶体衬底的第一面；氧化镓晶体衬底的第二面形成有针尖状结构；石墨烯层位于氧化镓晶体衬底的第二面的表面，并且与氧化镓晶体衬底的第二面形成的针尖状结构相接触；第二欧姆接触电极生长在石墨烯层的不与氧化镓晶体衬底接触的表面。本发明专利技术还提供一种氧化镓基紫外探测器的制作方法。本发明专利技术能够提高紫外探测器的响应灵敏度以及响应速度，且工艺简单、成本低廉。

A GaO-based Ultraviolet Detector and Its Fabrication Method

The invention provides a gallium oxide based ultraviolet detector, which comprises a gallium oxide crystal substrate, a graphene layer, a first ohmic contact electrode and a second ohmic contact electrode, wherein the first ohmic contact electrode grows on the first side of the gallium oxide crystal substrate, and a needle-tip structure is formed on the second side of the gallium oxide crystal substrate. Melene layer is located on the second surface of GaO crystal substrate and contacts with needle-tip structure formed on the second surface of GaO crystal substrate. The second ohmic contact electrode is grown on the surface of graphene layer which is not contacted with GaO crystal substrate. The invention also provides a method for manufacturing a gallium oxide based ultraviolet detector. The invention can improve the response sensitivity and speed of the ultraviolet detector, and has simple process and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓基紫外探测器及其制作方法
本专利技术涉及半导体光电子
，尤其涉及一种氧化镓基紫外探测器及其制作方法。
技术介绍
近年来，紫外探测器因在民用及军事领域均具有重大应用价值而备受关注。紫外探测器在空间天文望远镜、军事导弹预警、非视距保密光通信、海上破雾引航、高压电监测、野外火灾遥感及生化检测等方面都具有广泛的应用前景。紫外探测器对紫外辐射具有高响应，能够利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。紫外探测器主要包括外光电效应器件和内光电效应器件。外光电效应器件通常指光敏电真空器件，例如光电敏倍增管、像增强器和EBCCD等。内光电效应器件则包括光伏效应器件和光导效应器件。其中，在光伏效应器件中，光生电荷在半导体内产生跨越结的P-N小势差；在光导效应器件中，半导体吸收足够能量的光子后，把其中的一些电子或空穴从原来不导电的束缚状态激活到能导电的自由状态，导致半导体电导率增加、电路中电阻下降。现有的典型光伏效应器件包括Si，SiC，GaNP-N结、肖特基势垒光伏探测器以及CCD等，光导效应器件包括GaN基和AlGaN基电光导探测器等。目前，光导效应器件通常使用宽禁带半导体材料，宽禁带半导体的量子效率、电子迁移率、信噪比均较高，具有探测灵敏度高、响应快、光谱响应分布好、对可见及红外光为盲区、暗电流低、耐高温、抗辐射、体积小等优点。目前光导效应器件主要使用GaN、ZnO以及合金AlxGa1-xN、MgxZn1-xO、BexZn1-xO等半导体材料。Ga2O3是金属镓的氧化物，属于直接带隙半导体，禁带宽度在4.7-4.9eV之间，约为Si的4倍，同时也大于SiC(3.3eV)和GaN(3.4eV)。Ga2O3的击穿电场强度为8MV/cm左右，达到Si的20多倍，达到SiC及GaN的2倍以上。Ga2O3的带隙对应的峰值响应波长范围是254nm-264nm，通常对光波长小于280nm的光都有响应。因此，近来Ga2O3被视为制作紫外光探测器的理想材料，行业研制了多种结构的Ga2O3基紫外探测器，包括光电导结构、MSM(金属-半导体-金属)结构、肖特基结构等。但是，Ga2O3基紫外探测器的肖特基结构制作工艺较为复杂，增加了生产制作成本；光电导结构以及MSM结构制作工艺虽然较简单，但光电导结构暗电流大，响应灵敏度低；MSM结构则响应速度慢。因此，亟需设计一种氧化镓基紫外探测器，在较为简单的工艺制作基础上，实现较高的响应灵敏度和响应速度。
技术实现思路
本专利技术提供的氧化镓基紫外探测器及其制作方法，能够针对现有技术的不足，实现高响应灵敏度和响应速度的氧化镓基紫外探测器。第一方面，本专利技术提供一种氧化镓基紫外探测器，包括氧化镓晶体衬底、石墨烯层、第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，其特征在于：所述第一欧姆接触电极生长在所述氧化镓晶体衬底的第一面；所述氧化镓晶体衬底的第二面形成有针尖状结构；所述石墨烯层位于所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面，并且与所述氧化镓晶体衬底的第二面形成的所述针尖状结构相接触；所述第二欧姆接触电极生长在所述石墨烯层的不与所述氧化镓晶体衬底接触的表面。可选地，上述针尖状结构的数量为多个，所述针尖状结构与所述氧化镓晶体衬底的连接处的直径较大，所述针尖状结构的直径随着远离所述氧化镓晶体衬底的方向逐渐减小。可选地，上述氧化镓晶体衬底为N型Ga2O3晶体衬底。可选地，上述石墨烯层包括3-5层完整的石墨烯。可选地，上述第一欧姆接触电极包括Ti金属层和Au金属层，所述第二欧姆接触电极包括Cr金属层和Au金属层。可选地，上述第二欧姆接触电极的剖面为圆形。另一方面，本专利技术提供一种制作上述氧化镓基紫外探测器的方法，其中包括：步骤一、提供氧化镓晶体衬底，并且在所述氧化镓晶体衬底的第一面生长第一欧姆接触电极；步骤二、在所述氧化镓晶体衬底的第二面刻蚀针尖状结构，其中，所述针尖状结构与所述氧化镓晶体衬底的第二面的连接处的直径较大，所述针尖状结构的直径随着远离所述氧化镓晶体衬底的方向逐渐减小；步骤三、向刻蚀出所述针尖状结构的氧化镓晶体衬底的第二面的表面转移石墨烯层，所述石墨烯层与所述针尖状结构相接触；步骤四、在所述石墨烯层不与所述氧化镓晶体衬底接触的表面生长第二欧姆接触电极。可选地，在上述步骤二中刻蚀所述针尖状结构顺次包括以下步骤：在所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面旋涂光刻胶；对所述光刻胶进行光刻，形成针尖状结构掩蔽层的图形并生长所述针尖状结构掩蔽层；去除所述光刻胶，形成所述针尖状结构掩蔽层的图形，随后刻蚀所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面，形成所述针尖状结构；去除所述针尖状结构掩蔽层。可选地，上述步骤一使用磁控溅射方法生长所述第一欧姆接触电极，所述步骤三使用湿法转移所述石墨烯层，所述步骤四使用电子束蒸发方法生长所述第二欧姆接触电极。可选地，上述步骤二中使用磁控溅射方法生长所述针尖状结构掩蔽层，使用等离子刻蚀方法刻蚀所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面，形成所述针尖状结构。本专利技术提供的氧化镓基紫外探测器及其制作方法，采用针尖结构使针尖处的电场较其他位置增强并集中，使得紫外探测器的光生载流子迅速分离，提高了紫外探测器的响应灵敏度以及响应速度，此外，本专利技术提供的氧化镓基紫外探测器的制作工艺简单，成本低廉，并且与传统CMOS工艺兼容。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术一实施例的Ga2O3基紫外探测器的结构示意图；图2A至图2G为本专利技术一实施例的Ga2O3基紫外探测器的制作工艺的结构示意图；图3为本专利技术一实施例的Ga2O3基紫外探测器的制作工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一方面，本专利技术的一个实施例提供一种Ga2O3基紫外探测器。本专利技术提供的Ga2O3基紫外探测器包括：正面分布多个针尖状结构的氧化镓衬底，位于氧化镓衬底正面上方的石墨烯层，在氧化镓衬底背面生长的第一欧姆接触电极，以及位于石墨烯层正面并于石墨烯层接触的第二欧姆接触电极。图1示出了本专利技术一实施例的Ga2O3基紫外探测器的结构示意图。如图所示，本实施例提供的Ga2O3基紫外探测器包括衬底100、石墨烯层104、第一欧姆接触电极110，和第二欧姆接触电极120。衬底100的材料主要是Ga2O3晶体，典型的，衬底100的材料为非故意掺杂的N型Ga2O3晶体，非故意掺杂的N型Ga2O3晶体中包括但不限于硅、锡等杂质，Ga2O3晶体包括但不限于α、β、γ、δ、ε等同分异构体。优选的，N型Ga2O3晶体为稳定的β结构，掺杂浓度约为1×1017cm-3。在Ga2O3晶体衬底100的表面具有多个针尖状结构，典型的，针尖状结构在顶部呈针尖状，针尖状结构的底部直径约为2μm，顶部的直径约为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镓基紫外探测器，包括氧化镓晶体衬底、石墨烯层、第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，其特征在于：所述第一欧姆接触电极生长在所述氧化镓晶体衬底的第一面；所述氧化镓晶体衬底的第二面形成有针尖状结构；所述石墨烯层位于所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面，并且与所述氧化镓晶体衬底的第二面形成的所述针尖状结构相接触；所述第二欧姆接触电极生长在所述石墨烯层的不与所述氧化镓晶体衬底接触的表面。

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓基紫外探测器，包括氧化镓晶体衬底、石墨烯层、第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，其特征在于：所述第一欧姆接触电极生长在所述氧化镓晶体衬底的第一面；所述氧化镓晶体衬底的第二面形成有针尖状结构；所述石墨烯层位于所述氧化镓晶体衬底的第二面的表面，并且与所述氧化镓晶体衬底的第二面形成的所述针尖状结构相接触；所述第二欧姆接触电极生长在所述石墨烯层的不与所述氧化镓晶体衬底接触的表面。2.根据权利要求1所述的氧化镓基紫外探测器，其特征在于，所述针尖状结构的数量为多个，所述针尖状结构与所述氧化镓晶体衬底的连接处的直径较大，所述针尖状结构的直径随着远离所述氧化镓晶体衬底的方向逐渐减小。3.根据权利要求2所述的氧化镓基紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓晶体衬底为N型Ga2O3晶体衬底。4.根据权利要求2所述的氧化镓基紫外探测器，其特征在于，所述石墨烯层包括3-5层完整的石墨烯。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的氧化镓基紫外探测器，其特征在于，所述第一欧姆接触电极包括Ti金属层和Au金属层，所述第二欧姆接触电极包括Cr金属层和Au金属层。6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的氧化镓基紫外探测器，其特征在于，所述第二欧姆接触电极的剖面为圆形。7.一种制作根据权利要求1所述的氧化镓基紫外探测器的方法，其特征在于，包括：步骤一、提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙世兵，覃愿，董航，何启鸣，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11