一种深紫外探测器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种深紫外探测器件，包括由下至上依次叠置的衬底、AlN成核层、n型β相Ga2O3层、β相Ga2O3/Al

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外探测器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光探测器件及其制备方法，特别是一种深紫外探测器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]紫外光电探测器在军用和民用方面都具有重要的应用价值和发展前景，如紫外告警与制导、碳氢化合物燃烧火焰的探测、生化基因的检测、紫外天文学的研究、短距离的通信以及皮肤病的治疗等。
[0003]现有的紫外探测器件绝大多数都是基于氮化物材料或者MgZnO氧化物体系来制备的。由于现有制备技术的限制基于氮化物材料薄膜质量还不高，p型掺杂困难，材料无论在表面还是层界面都存在大量的缺陷，引起载流子的遂穿机制明显，导致器件工作的暗电流很大，因而严重制约了此类结构探测器的探测性能的提高。因此，如何获得高增益的，特别是针对微弱深紫外信号的光电探测目前仍是一大难题。
[0004]Ga2O3是一种直接带隙宽禁带半导体材料，其室温禁带宽度为4.9eV远高于GaN和ZnO等宽禁带半导体材料。Ga2O3无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。因而，基于Ga2O3材料的紫外光电探测方面应用潜力巨大。
[0005]另外，金刚石材料因为具有超高的导热系数(>2000W/m
·
K)、超高的禁带宽度(5.5eV)，通过掺杂后导电性能优良等特性。该材料在宽禁带半导体器件领域具有广泛的应用前景。

技术实现思路

>[0006]针对上述现有技术缺陷，本专利技术的任务在于提供一种深紫外探测器件，实现响应波长为200～300nm的深紫外探测，解决紫外光电探测器中由于电子和空穴的离化系数相近而导致的紫外探测器不灵敏问题。本专利技术的另一任务在于提供一种深紫外探测器件的制备方法。
[0007]本专利技术技术方案如下：一种深紫外探测器件，包括由下至上依次叠置的衬底、AlN成核层、n型β相Ga2O3层、β相Ga2O3/Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
O活性层，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y≤1、p型β相Ga2O3层、p型金刚石薄膜层、碳纳米管薄膜透明导电层和氟化物保护层，在所述n型β相Ga2O3层上引出n形欧姆电极，在所述碳纳米管薄膜透明导电层上引出p型欧姆电极。
[0008]进一步地，所述β相Ga2O3/Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
O活性层的重复周期数为1～10对，且满足y≤x。y≤x时活性层中形成更大的带隙差，具有更好的量子局域效应。
[0009]进一步地，所述AlN成核层的厚度为1～100nm，所述n型β相Ga2O3层的厚度为100～2000nm，所述β相Ga2O3/Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
O活性层的总厚度为10～1000nm，所述p型β相Ga2O3层的厚度为5～500nm，所述p型金刚石薄膜层的厚度为10～300nm，所述碳纳米管薄膜透明导电
层的厚度为10～1000nm，所述氟化物保护层的厚度为50～200nm。
[0010]进一步地，所述衬底为氮化铝或氮化镓铝中的任意一种。
[0011]进一步地，所述n型β相Ga2O3层中，采用C、Si、Ge、Sn、F中的一种或多种元素进行n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
18
～5
×
10
20
cm
‑3。
[0012]进一步地，所述p型β相Ga2O3层中，采用Mg、Zn、Fe中的一种或者多种元素进行掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
20
cm
‑3。
[0013]进一步地，所述p型金刚石薄膜层中，采用B元素进行掺杂，掺杂浓度1
×
10
17
～1
×
10
20
cm
‑3。
[0014]进一步地，所述碳纳米管薄膜透明导电层的方块电阻为20～50Ω/
□
。
[0015]进一步地，所述氟化物保护层为MgF2、NdF3、AlF3、CeF3、Na3AlF6、LaF3、GdF3中的一种或者多种混合组成。
[0016]一种深紫外探测器件的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)采用MOCVD的方法，在衬底上依次生长AlN成核层、n型β相Ga2O3层、β相Ga2O3/Al
x
In
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Ga1‑
x
‑
y
O活性层和p型β相Ga2O3层构成外延片基片；
[0018](2)取出外延片基片，采用热丝化学气相沉积法或者微波等离子体化学气相沉积法再结合扩散、离子注入或原位掺杂方法中的任意一种方法，在所述p型β相Ga2O3层上制备p型金刚石薄膜层；
[0019](3)采用真空抽滤法、电沉积法、浸涂法、旋涂法、喷涂法、喷墨打印法、气溶胶直接合成法、超阵列提拉法中的任意一种方法，在所述p型金刚石薄膜层上制备碳纳米管薄膜透明导电层；
[0020](4)采用刻蚀工艺，在所述碳纳米管薄膜透明导电层上进行台面刻蚀，露出部分所述n型β相Ga2O3层；
[0021](5)采用热蒸发法或者脉冲激光溅射法，在所述碳纳米管薄膜透明导电层及刻蚀后露出的所述n型β相Ga2O3层上制备氟化物保护层；
[0022](6)采用刻蚀工艺在所述氟化物保护层上形成电极窗口，分别露出所述n型β相Ga2O3层和所述碳纳米管薄膜透明导电层；
[0023](7)在所述电极窗口露出的所述n型β相Ga2O3层上选择性蒸镀n型Ag/Ti/Al/Ag/Ti/Au电极层，再剥离后形成n型欧姆电极，并且对所述n型欧姆电极进行退火处理；在所述电极窗口露出的所述碳纳米管薄膜透明导电层上蒸镀p型Ni/Au/Ti/Ni/Au电极层，再剥离后形成p型欧姆电极，并且对所述p型欧姆电极进行退火处理，完成外延片制备；
[0024](8)对所述外延片进行切割、分离形成分立的深紫外探测器件。
[0025]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0026]采用禁带宽度更大的β相Ga2O3结合宽禁带氮化物材料作为本体材料，可以实现响应波长为200～300nm的深紫外探测。通过p型β相Ga2O3层及p型金刚石薄膜层的复合p型层，可以有效弥补p型β相Ga2O3层空穴浓度低的问题，提高空穴浓度、增强空穴注入效率，配合采用多周期β相Ga2O3/Al
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O的活性层，能够有效解决紫外光电探测器中由于电子和空穴的离化系数相近而导致的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外探测器件，其特征在于，包括由下至上依次叠置的衬底、AlN成核层、n型β相Ga2O3层、β相Ga2O3/Al
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O活性层，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y≤1、p型β相Ga2O3层、p型金刚石薄膜层、碳纳米管薄膜透明导电层和氟化物保护层，在所述n型β相Ga2O3层上引出n形欧姆电极，在所述碳纳米管薄膜透明导电层上引出p型欧姆电极。2.根据权利要求1所述的深紫外探测器件，其特征在于，所述β相Ga2O3/Al
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In
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Ga1‑
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‑
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O活性层的重复周期数为1～10对，且满足y≤x。3.根据权利要求1所述的深紫外探测器件，其特征在于，所述AlN成核层的厚度为1～100nm，所述n型β相Ga2O3层的厚度为100～2000nm，所述β相Ga2O3/Al
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y
O活性层的总厚度为10～1000nm，所述p型β相Ga2O3层的厚度为5～500nm，所述p型金刚石薄膜层的厚度为10～300nm，所述碳纳米管薄膜透明导电层的厚度为10～1000nm，所述氟化物保护层的厚度为50～200nm。4.根据权利要求1所述的深紫外探测器件，其特征在于，所述衬底为氮化铝或氮化镓铝中的任意一种。5.根据权利要求1所述的深紫外探测器件，其特征在于，所述n型β相Ga2O3层中，采用C、Si、Ge、Sn、F中的一种或多种元素进行n型掺杂，掺杂浓度为1
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10
18
～5
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10
20
cm
‑3。6.根据权利要求1所述的深紫外探测器件，其特征在于，所述p型β相Ga2O3层中，采用Mg、Zn、Fe中的一种或者多种元素进行掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
20
cm
‑3。7.根据权利要求1所述的深...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书昶，娄祎祎，刘玉申，丁恒，胡娇燕，谢超群，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：