一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法和相应的Ga

【技术实现步骤摘要】
一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法
本专利技术涉及半导体光电子器件领域，具体涉及光电探测
，特别涉及一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法，以及相应的Ga2O3薄膜和光电探测器。
技术介绍
现代半导体技术虽然只有短短七十年的发展历程，但已经给人类社会带来了翻天覆地的变化，将人类由信息闭塞的时代一下子推进到网络信息和人工智能时代。这种仅通过半导体材料的基础光电物性所达到的技术革新效果，让世界各国对新材料、新技术的探索趋之如骛。特别是近年来，氮化镓材料的成功商业化应用，将第三代宽禁带半导体和超宽半导体材料带入了人们的视野。同时，发达国家纷纷将第三代宽禁带半导体的发展纳入国家战略，投巨资予以支持。美国宣布成立“下一代电力电子器件国家制造创新中心”，欧洲启动了“LASTPOWER”产学研项目，日本则设立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟”。作为比第三代半导体材料禁带宽度更大的氧化镓材料，自2005年以来，便受到广泛关注。美国空军研究实验室甚至针对氧化镓的制备技术和相关器件进行了系统的评价和关注。氧化镓材料总共有α、β、γ、ε和δ五种相结构，其中β相最稳定，也是目前研究最多的晶体结构类型。随着对氧化镓材料多应用场景的探索，具有六方结构的ε相氧化镓因其在应力调控下的超高稳定性、自发极化和二维电子气特征受到越来越多的关注。但在光电探测领域，其性能提升一直受限于低温制备导致的结晶质量差。如何优化ε相氧化镓的工艺流程，获得优异的结晶质量，实现对氧空位缺陷的有效控制，从而提升其光电性能，是拓展ε相氧化镓在探测器领域应用的关键一步。此外，现有技术中，存在氧化镓在光电探测领域因结晶质量差、空位缺陷多导致的光电性能差等的技术问题。因此，有必要提供一种新的更有效的方式来调控ε相氧化镓光电响应性能，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中的基于氧化镓的光电探测器因结晶质量差、空位缺陷多导致的光电性能差等的技术问题。鉴于上述问题，本专利技术提出一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法，所述方法包括：在衬底上生成初始的Ga2O3薄膜，该Ga2O3薄膜为ε相晶体结构；在富氧环境且在400～960℃的温度下，对所述初始的Ga2O3薄膜进行退火处理以降低该Ga2O3薄膜的氧空位浓度，得到最终的Ga2O3薄膜。根据本专利技术的优选实施方式，所述富氧环境的气体流量为0～200ml/min的氧气。根据本专利技术的优选实施方式，所述气体流量为20～80ml/min。根据本专利技术的优选实施方式，所述退火处理时间为10～300min。根据本专利技术的优选实施方式，所述的富氧环境氧含量大于50％。根据本专利技术的优选实施方式，所述退火处理的温度为600～800℃。根据本专利技术的优选实施方式，所述最终的Ga2O3薄膜的O/Ga原子比为1.35～1.65，OII/OI比值为0.1～0.4。根据本专利技术的优选实施方式，所述最终的Ga2O3薄膜的O/Ga原子比为1.45～1.55，OII/OI比为0.24～0.36。此外，本专利技术还提出一种用于光电探测器的Ga2O3薄膜，所述Ga2O3薄膜为ε相，使用权利要求1所述的方法制备，且其O/Ga原子比为1.35～1.65，OII/OI比值为0.1～0.4。并且，本专利技术还提出一种光电探测器，所述光电探测器包括使用上述的Ga2O3薄膜。本专利技术的有益效果与现有技术相比，本专利技术对初始的氧化镓薄膜通过特定环境下、特定温度下的退火处理后，得到性能改进后的氧化镓薄膜；通过高温富氧环境退火，可以降低初始ε相氧化镓薄膜的氧空位浓度，能够提高氧化镓薄膜的结晶性能，提高薄膜质量，从而提高ε相Ga2O3薄膜的光电响应性能。本专利技术能够有效调控ε相氧化镓的光电性能，成本低廉，有利于ε相氧化镓的工业化生产流程。附图说明图1是初始制备和特定环境下高温退火后的ε相Ga2O3薄膜的X射线衍射图谱(XRD)，其中，1-1是表示制备的原始状态下ε相Ga2O3薄膜的XRD图谱，1-2是表示在空气环境下700℃退火处理的情况下ε相Ga2O3薄膜的XRD图谱，1-3是表示在氧气环境下700℃退火处理的情况下ε相Ga2O3薄膜的XRD图谱，1-4是表示在氩气环境下700℃退火处理的ε相Ga2O3薄膜的XRD图谱。图2是示出了初始制备和特定环境下高温退火后的ε相氧化镓光电器件的光响应电流的示意图，其中，2-1是表示基于原始状态下ε相Ga2O3薄膜的光电流，2-2、2-3、2-4分别是表示基于空气环境、氧气环境、氩气环境下700℃退火处理后的ε相Ga2O3薄膜的光电流。图3是示出了初始制备和特定环境下高温退火后的ε相氧化镓光电器件的光谱响应曲线的示意图，其中，3-1是表示基于原始状态下的Ga2O3薄膜的光谱响应曲线，3-2、3-3、3-4分别是表示基于空气环境、氧气环境、氩气环境下700℃退火处理后的ε相Ga2O3薄膜的光谱响应曲线。图4是示出了初始制备和特定环境下高温退火后的ε相氧化镓的OII/OI比值和O/Ga原子比的示意图，其中，4-1-1和4-2-1分别是表示原始状态下的Ga2O3薄膜的OII/OI比值和O/Ga原子比，4-1-2、4-1-3、4-1-4分别是表示空气环境、氧气环境、氩气环境下700℃退火处理后的ε相Ga2O3薄膜的OII/OI比值，4-2-2、4-2-3、4-2-4分别是表示空气环境、氧气环境、氩气环境下700℃退火处理后的ε相Ga2O3薄膜的O/Ga原子比。具体实施方式下面将参照图1和图4，具体说明本专利技术的通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法。本专利技术提供了一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法，该方法包括：步骤S101，在衬底上，通过第一处理过程，生成初始的Ga2O3薄膜，该Ga2O3薄膜为ε相晶体结构。步骤S102，在富氧环境下且在400～960℃的温度下，对所述初始的Ga2O3薄膜进行退火处理，以得到最终的Ga2O3薄膜。首先，在步骤S101中，在衬底上，通过第一处理过程，生成初始的Ga2O3薄膜，该Ga2O3薄膜为ε相晶体结构。在本示例中，例如在Al2O3等的金属有机物的衬底上，例如通过化学气象沉积方法等(即第一处理)，制备初始的ε相Ga2O3薄膜(下文中，简称为Ga2O3薄膜或氧化镓薄膜)。具体地，所述第一处理包括化学气象沉积、脉冲激光沉积、分子束外延或磁控溅射中的一种或多种组合技术方法。进一步地，所述第一处理的制备温度优选为470℃，腔室压强优选为25Torr。具体地，所制备的初始的氧化镓薄膜的厚度为10～5000nm，优选为10～500nm。在本示例中，所述初始的Ga2O3薄膜的厚度为400nm，并且所述初始的Ga2O3薄膜为ε相晶体结构。需要说明的是，上述仅作为示例进行说明，不能理解成对本专利技术的限制。接下来，在步骤S102中，在富氧环境下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法，其特征在于，所述方法包括：/n在衬底上生成初始的Ga

【技术特征摘要】
1.一种通过氧空位浓度调控ε相氧化镓光电响应性能的方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上生成初始的Ga2O3薄膜，该Ga2O3薄膜为ε相晶体结构；
在富氧环境且在400～960℃的温度下，对所述初始的Ga2O3薄膜进行退火处理以降低该Ga2O3薄膜的氧空位浓度，得到最终的Ga2O3薄膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧环境的气体流量为0～200ml/min的氧气。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气体流量为20～80ml/min。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理时间为10～300min。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧环境的氧含量大于50％。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐为华，李山，李培刚，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11