一种MSM型α-Ga制造技术

本发明专利技术公开了一种MSM型α‑Ga

【技术实现步骤摘要】
一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器
本专利技术属于半导体探测器
，具体涉及一种具有MSM结构的日盲紫外光探测器，更具体地说，本专利技术涉及一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器及其制备方法。
技术介绍
由于太阳光中的深紫外波段(200～280nm)在到达地球表面前会被臭氧层强烈吸收，日盲紫外光电探测器在地球表面工作具有抗干扰能力强，灵敏度高等特点。在导弹预警，紫外通讯，火灾防控，环境监测等军事及民生领域有着十分重要的应用。相较于传统的真空紫外光电倍增管功耗高且价格高昂，基于宽禁带半导体材料的日盲紫外光电探测器由于具有体积小，增益大，能耗低等特点，成为了世界各国研究和竞争的焦点。其中研究主要集中在MgZnO，AlGaN和Ga2O3等宽禁带半导体材料上。但是要实现日盲紫外的探测，有源层半导体材料的带隙必须要大于4.4eV，而MgZnO和AlGaN在通过分别提高Mg和Al含量来提高带隙达到4.4eV的同时会使得晶体质量显著下降，会极大降低器件的电学性能和稳定性。基于上述理由，提出本申请。
技术实现思路
针对现有技术上述存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器及其制备方法。Ga2O3是一种具有4.9eV的直接带隙的半导体材料，且室温下激子束缚能较高，具有很好的物理和化学稳定性，是一种理想的日盲紫外探测材料。Ga2O3具有五种晶型，人们对β相Ga2O3研究比较多。研究较少的亚稳态α-Ga2O3具有刚玉型结构和高达5.1eV的较高带隙。所以α-Ga2O3的背景载流子比较低，即α-Ga2O3基紫外光电探测器的暗电流很小。同时，蓝宝石(a-Al2O3)的晶格结构(刚玉结构)与α-Ga2O3相同，所以α-Ga2O3和蓝宝石晶体之间的晶格失配相对较小，而β-Ga2O3(单斜晶相)的晶体结构完全不同于蓝宝石晶格结构。因此在蓝宝石更容易生长晶体质量较好的α-Ga2O3薄膜。进而提高日盲紫外光探测器的性能。同时金属-半导体-金属(MSM)结构探测器特别有利于表面光吸收，具有结构简单、效率高和便于集成等优点，能通过控制金属类型、沟道宽度等参数来调控所得探测器的性能。所以本专利技术选择制备一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜。进一步地，上述技术方案，所述有源层的厚度为100～300nm。进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的厚度为30～70nm。进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的间距为10～100μm。进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极材料可以为Pt、Au、Al或ITO中的任一种，优选为Au。本专利技术的另一目的在于提供上述所述MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)以a面蓝宝石作为薄膜生长的衬底，使用清洗液依次对所述衬底进行超声清洗后用氮气吹干，随后立即置于真空腔内；(2)使用Ga2O3陶瓷靶材，采用脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射或电子束蒸发方法在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜；(3)利用蒸镀法或光刻法，在所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜表面制备一对平行金属电极，获得所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述清洗液包括丙酮、乙醇、去离子水，所述超声清洗时间优选为15min。进一步地，上述技术方案，步骤(2)中所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜具体是采用脉冲激光烧蚀沉积方法制得，具体工艺如下：利用Ga2O3陶瓷作为靶材，控制衬底温度为600～800℃，脉冲激光能量为200～600mJ/Pulse，氧压为1～8Pa，在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜。更进一步地，上述技术方案，所述Ga2O3陶瓷是采用固相烧结法制得，具体方法如下：(a)将称取10～15gGa2O3粉体，加入超纯水，混合均匀后置于球磨罐中球磨，得到混合粉末；(b)将所述混合粉末置于真空干燥箱中干燥后冷却至室温，然后碾碎，压成圆片；(c)在空气氛围中，将步骤(b)所得圆片置于真空管式炉中，于1000～1500℃条件下烧制1～4h，得到所述的Ga2O3陶瓷。更进一步地，上述技术方案，步骤(b)所述真空干燥箱温度为120℃，干燥时间为12h。本专利技术的原理如下：本专利技术利用(110)取向的α-Ga2O3晶格结构与蓝宝石(a-Al2O3)的晶格结构(刚玉结构)相同，所以α-Ga2O3和蓝宝石晶体之间的晶格失配相对较小，而β-Ga2O3(单斜晶相)的晶体结构完全不同于蓝宝石晶格结构，因此在蓝宝石衬底上更容易生长晶体质量较好的α-Ga2O3薄膜，进而提高日盲紫外光探测器的性能。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用的α-Ga2O3与蓝宝石(刚玉型)有相同的晶型，容易制备出单晶α-Ga2O3外延薄膜。2、本专利技术带隙更高的α-Ga2O3薄膜中载流子浓度更低，从而可以有效的降低其日盲紫外光电探测器的暗电流，并能使截止波长蓝移，提高对深紫外光的探测能力。3、本专利技术α-Ga2O3为(110)取向的薄膜，本征具有比较高的电子迁移率，可以有效地提高器件的增益，使器件具有高的光暗电流比和高响应度。4、本专利技术的(110)取向的α-Ga2O3半导体材料可采用常规脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射、电子束蒸发等多种方法进行生长，电极材料可以采用金属铝、金、铂等或者透明电极ITO，电极形状以及沟道宽度均可以自由调整和优化。本专利技术电极既可以采用蒸镀法蒸镀，也可以采用光刻法制作。蒸镀法工艺简单，方便大规模制备；光刻法十分有利于高精度、微尺寸器件的发展。5、本专利技术制得的MSM结构的日盲紫外光电探测器结构和制作工艺简单，另外本专利技术制得的探测器对深紫外光具有良好的探测能力，且暗电流极小、响应速度快，性能稳定。附图说明图1是本专利技术的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的结构示意图；图2是本专利技术实施例1制备的α-Ga2O3薄膜的XRD图；图3是本专利技术实施例1中α-Ga2O3薄膜和实施例3中β-Ga2O3薄膜的透射光谱图；图4是本专利技术实施例1中α-Ga2O3薄膜和实施例3中β-Ga2O3薄膜的(αhv)2∝(hv-Eg)关系图；图5是本专利技术实施例1中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；图6是本专利技术实施例1中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果；图7是本专利技术实施例2制备的非晶Ga2O3薄膜的XRD图；图8是本专利技术实施例2中非晶Ga2O3基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MSM型α-Ga

【技术特征摘要】
1.一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜。


2.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述a面蓝宝石衬底的厚度为0.35～0.45mm。


3.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述有源层的厚度为100～300nm。


4.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极的厚度为30～70nm。


5.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极的间距为10～100μm。


6.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极材料可以为Pt、Au、Al或ITO中的任一种。


7.权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)以a面蓝宝石作为薄膜生长的衬底，使用清洗液依次对所述衬底进行超声清洗后用氮气吹干，随后立即置于真空腔内；
(2)使用Ga2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：何云斌，黄攀，黎明锴，卢寅梅，刘琦，李迎香，张清风，陈俊年，
申请(专利权)人：湖北大学，武汉睿联智创光电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42