一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法。所述的光电探测器包括依次为衬底、氧化镓薄膜和电极。氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，结晶区域和非晶区域之间形成相结。氧化镓薄膜为在衬底温度为400～500℃条件下通过磁控溅射工艺生长。本发明专利技术工艺可控性强、容易操作，制作成本低，且重复性好，获得的氧化镓相结薄膜表面平整致密。本发明专利技术制得的光电探测器具有很好的光电响应，极快的灵敏度，较低的暗电流，在日盲紫外探测领域具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法
本专利技术属于光电探测器
，特别涉及一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法。
技术介绍
大气中的平流臭氧层对波长在200nm到280nm之间的紫外光具有强烈的吸收作用，到达地面的处在该波段的紫外光辐射在海平面附近几乎衰减至零，故被称作日盲区，这就为工作于该波段的日盲-紫外光电探测系统提供了一个良好的信号背景。随着日盲-紫外探测技术的发展，其在日盲-紫外通信、导弹预警跟踪、火箭尾焰探测、天基紫外预警、紫外超光谱侦察、着舰引导、电晕探测、海上搜救等军用与民用领域有着广泛的应用前景。要实现日盲紫外探测，器件核心半导体材料的禁带宽度要大于4.4eV(对应探测波长280nm)，Ga2O3的禁带宽度约为4.9eV，正好对应于日盲区，室温下激子束缚能高达40～50meV，远高于室温热离化能(26meV)，并具有优异的热稳定性和化学稳定性，是制备光电探测器，特别是日盲紫外探测器件的天然理想材料。目前报道的氧化镓薄膜基日盲-紫外探测器的结构主要有金属-半导体-金属型、肖特基结型、异质结和雪崩二极管型。金属-半导体-金属型器件具有工艺简单、方便集成的优势，但没有内部增益、对微弱光信号的探测能力差、难以获得高的光电响应度。肖特基、异质结和雪崩型器件利用了结效应的光生载流子倍增效果和对载流子输运的调制作用，往往能够获得较高的光电流增益和较快的响应速度。目前基于氧化镓薄膜的具有增益的结型日盲紫外探测的研究还处于起步阶段，且主要集中在基于高温条件下生长的单晶或多晶Ga2O3薄膜与其他半导体材料结合成异质结，但由于氧化镓薄膜与其他半导体材料存在的晶格失配，制备工艺复杂，难以实现产业化。如何开发出制备工艺简单、成本较低且具有增益的氧化镓日盲探测器制备方法，仍是业界极待解决的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术旨在解决现有的日盲紫外光探测器的制备工艺复杂的问题，以及灵敏度等综合性能在不增加工艺复杂度的情况下如何提高的问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种光电探测器，包括衬底、氧化镓薄膜和电极，所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。根据本专利技术的优选实施方式，所述相结是作为n型同质结的结晶/非晶Ga2O3相结。根据本专利技术的优选实施方式，所述氧化镓薄膜的厚度为100～300nm。根据本专利技术的优选实施方式，所述氧化镓薄膜的厚度为200nm。根据本专利技术的优选实施方式，所述衬底为c面蓝宝石衬底。此外，本专利技术还提出一种制备光电探测器的方法，包括：在衬底上形成氧化镓薄膜，并在在氧化镓薄膜上形成电极，所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。根据本专利技术的优选实施方式，在衬底上形成氧化镓薄膜的步骤包括：采用磁控溅射技术，在温度为400℃～500℃的衬底上溅射生长所述氧化镓薄膜。根据本专利技术的优选实施方式，所述衬底温度为450℃。(三)有益效果1.本专利技术制备过程简单，采用商业化的制备方法磁控溅射生长薄膜，所用衬底为商业产品，生长温度低、工艺可控性强，易操作，所得薄膜表面致密、厚度稳定均一、可大面积制备、重复性好。2.本专利技术所得的结晶/非晶氧化镓相结的日盲紫外探测器暗电流小，响应速度快，紫外可见抑制比高，工作稳定，制造工艺简单，生产成本低等优点，在日盲紫外探测领域具有潜在的应用前景。附图说明图1是通过本专利技术一个实施例的方法制备的自组装结晶/非晶氧化镓相结日盲紫外探测器结构示意图；图2是用本专利技术实施例一的方法制得的分别在非晶相[25℃，图(a)]、结晶/非晶相结[450℃，图(b)]、结晶相[750℃，图(c)]氧化镓薄膜的X射线衍射图；图3是用本专利技术实施例一的方法制得非晶相、结晶/非晶相结、结晶相氧化镓薄膜日盲紫外探测器在黑暗(DARK)以及光强为1mW/cm2时254nm、365nm光照下的I-V特性曲线；图4是用本专利技术实施例一的方法制得的结晶/非晶氧化镓相结日盲紫外探测器在5V偏压时的响应时间及光强为1mW/cm2的254nm光照下的I-t曲线(～20个周期)。图5是用本专利技术实施例二的方法制得的结晶/非晶相结氧化镓薄膜日盲紫外探测器在黑暗(DARK)以及光强为1mW/cm2时254nm、365nm光照下的I-V特性曲线；图6是用本专利技术实施例三的方法制得的结晶/非晶相结氧化镓薄膜日盲紫外探测器在黑暗(DARK)以及光强为1mW/cm2时254nm、365nm光照下的I-V特性曲线；具体实施方式如前所述，自组装氧化镓相结日盲紫外探测器有着美好的发展前景，因此，本专利技术提出一种新的光电探测器及相应的制备方法。所述光电探测器包括依次为衬底、氧化镓薄膜和电极。其中，氧化镓薄膜包括结晶区域和非晶区域，氧化镓薄膜中的结晶区域和非晶区域形成结晶/非晶氧化镓相结。结晶氧化镓与非晶氧化镓由于存在的氧缺陷，均为n型半导体，所述的结晶/非晶氧化镓相结为同质n-n结。对于同质结光电探测器，将光信号转换为电信号来实现对光辐射的探测这一过程是通过n-n结来完成的。当结晶区域与非晶区域接触时，结晶区的导带底高于非晶区，电子就会从结晶区的一侧流向非晶区的一侧，同时，非晶区一侧的负电荷密度也相应增加。由于氧化镓结晶区中自由电荷密度的限制，这些正电荷将分布在一定厚度的氧化镓晶区(与非晶区相邻的)表面层内，即形成空间电荷区，空间电荷区内的电场将导致能带弯曲。随着这一过程的不断进行，结晶与非晶区氧化镓表面处及其内部的所有电子能级将发生变化，最终达到平衡状态，形成n-n结。所述氧化镓薄膜包括结晶区域和非晶区域的比例会影响相结探测器的响应度，随着生长温度变化，结晶区域和非晶区域的比例也会发生变化，在较低温度制备的氧化镓薄膜中非晶区域较多，而较高温度制备的氧化镓薄膜中结晶区域较多，在探索了不同生长温度条件下结晶/非晶氧化镓相结日盲探测器件性能后，获得了本专利技术的氧化镓薄膜的生长温度为400℃～500℃之间，优选温度为450℃。为了获得更为优异的器件性能，且为了降低成本，易于产业化，本专利技术的氧化镓薄膜的厚度优选为100nm～300nm。本专利技术的衬底为c面蓝宝石衬底，因为蓝宝石衬底价格低廉，且透明度高，在200nm-1000nm波段几乎不吸收，对薄膜探测无影响。本专利技术还提出上述光电探测器的制造方法，包括如下步骤：在蓝宝石衬底上生长氧化镓薄膜；在氧化镓薄膜上形成电极。其中，所述氧化镓薄膜包括结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成作为n型同质结的相结。该方法应用磁控溅射技术，生长的条件容易控制，重复性好，稳定性高，适宜进行大规模生产。本专利技术的光电探测器适合于低功耗的日盲紫外探测器。本专利技术在结晶/非晶氧化镓薄膜上再通过磁控溅射的方法溅射金属电极(例如Ti层或Au层电极)，从而获得相结日盲紫外探测器件。通过本专利技术方法制备得到的日盲紫外探测器，结构从下到上分别是蓝宝石衬底、结晶/非晶氧化镓相结薄膜紫外吸收层、金属电极。以下结合附图并通过具体实施例进一步说明本专利技术。<实施例一>实施例一是一种自组装结晶/非晶氧化镓相结的日盲紫外探测器的制备方法以及该方法制备的光电探测器，该方法包括如下步骤：(1)取一片10mm×1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，包括衬底、氧化镓薄膜和电极，其特征在于：所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，包括衬底、氧化镓薄膜和电极，其特征在于：所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述相结是作为n型同质结的结晶/非晶Ga2O3相结。3.如权利要求1或2所述的光电探测器，其特征在于：所述氧化镓薄膜的厚度为100～300nm。4.如权利要求3所述的光电探测器，其特征在于：所述氧化镓薄膜的厚度为200nm。5.如权利要求1或2所述的光电探测器，其特征在于：所述衬底为c面蓝宝石衬底。6.一种制备光电探测器的方法，包括：在衬底上形成氧化镓薄膜，并在在氧化镓薄膜上...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴真平，王月晖，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11