自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，为自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器及制备方法，该探测器包括衬底、n型缓冲层、p型有源层、n型有源层以及两个电极；n型缓冲层沉积在衬底上；p型有源层只覆盖在部分n型缓冲层上，形成n型缓冲层过渡到p型有源层的台阶；n型有源层作为连续的顶层，一部分覆盖在p型有源层上，另一部分覆盖在n型缓冲层上，使两部分n型有源层产生不相等的电子浓度，在台阶处产生分离光生载流子的空间电荷区；两个电极分别分布在台阶两边，两个电极之间的肖特基接触势垒形成的空间电荷区进一步分离光生电子

【技术实现步骤摘要】
自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及具有带通滤波功能的自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]紫外探测技术在光电电路、火灾探测、大气环境监测和光通信等各种实际应用中有着广阔的应用前景。当前，基于第三代宽禁带半导体的紫外光探测器因不受可见光干扰、无需滤波片、稳定性高、抗辐射能力强等优点而受到人们的广泛关注。ZnO作为直接带隙半导体，具有3.37eV的禁带宽度，在可见光波段的透过率高达90％以上，是极具潜力的高效、高速紫外光探测器制作材料。同样具有直接能隙的GaN，其禁带宽度略大于ZnO(3.42eV)，由于其优异的物理和化学性能使得它制备的器件具有较高的稳定性，是目前最适用于工业集成的材料之一。
[0003]自供电是指在环境中获取可用形式的能量，从而驱动低功耗设备的运行。自供电探测器件可以实现从入射光辐射到可测量电信号的转换，以独立、可持续和免维护的方式监测环境光，被认为是未来光电器件的发展趋势之一。迄今为止，包括肖特基势垒、p
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n结等自供电紫外光光电探测器已被研究开发出来。目前被广泛研究的是p
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n结型自供电器件，基于肖特基势垒自供电紫外探测器件往往存在由于表面电极遮盖效应、响应度低，响应时间较长等缺点。
[0004]在许多紫外光的光电探测中，器件往往对某大范围波段的紫外光响应，而紫外光探测应用领域往往需要器件对特定紫外光响应，这需要光探测器件具有带通特性。而目前紫外光探测器要想实现带通特性则需要配置紫外带通滤波片，这将大大增加器件体积。因此，为了保证器件的微型化应用，设计具有带通特性的器件结构，是实现高效、多功能光电探测器的一个关键因素。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供具有带通滤波功能的自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器及制备方法，用于解决MSM型紫外探测器响应度低、需外置电源，不能满足带通响应等问题。
[0006]本专利技术探测器所采取的技术方案是：自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器，包括衬底、n型缓冲层、p型有源层、n型有源层以及两个电极；
[0007]n型缓冲层沉积在衬底上；p型有源层只覆盖在部分n型缓冲层上，形成n型缓冲层过渡到p型有源层的台阶；n型有源层作为连续的顶层，一部分覆盖在p型有源层上，另一部分覆盖在n型缓冲层上，使两部分n型有源层产生不相等的电子浓度，在台阶处产生分离光生载流子的空间电荷区；两个电极分别分布在台阶两边，两个电极之间的肖特基接触势垒形成的空间电荷区进一步分离光生电子
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空穴对。
[0008]在优选的实施例中，所述台阶采用刻蚀的方法制备而成，通过刻蚀部分p型有源层，产生有p型有源层的上台面，和无p型有源层的下台面。
[0009]在优选的实施例中，刻蚀深度的要求为刻蚀到n型缓冲层。
[0010]优选地，刻蚀深度最小值为p型有源层的厚度，刻蚀深度还需小于p型有源层的厚度与n型缓冲层的厚度之和。
[0011]优选地，n型缓冲层为n型GaN或本征未掺杂GaN，厚度范围为0.3～4μm。p型有源层为p型GaN或p型Al
0.1
Ga
0.9
N，厚度范围为50nm～100nm。电极采用Pt、Au、Ag、Ni、Pd、Cr、Ru中任意一种金属。
[0012]本专利技术自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]清洗衬底；
[0014]在衬底上沉积、生长n型缓冲层及p型有源层，其中p型有源层位于n型缓冲层上面；
[0015]对p型有源层进行刻蚀，产生部分有p型有源层、部分无p型有源层的台阶；
[0016]在所刻蚀的台阶上生长连续的n型有源层，形成均匀致密的连续薄膜，并在台阶处形成空间电荷区；
[0017]在所刻蚀的台阶两边沉积金属电极。
[0018]优选地，对p型有源层进行刻蚀时，刻蚀面积占p型有源层总面积的30％～70％，刻蚀深度为p型有源层厚度的1～1.5倍；所生长的n型有源层厚度为刻蚀深度的0.9～1.2倍。
[0019]从以上技术方案可知，本专利技术探测器通过金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在衬底表面沉积制得，通过台面刻蚀去除部分有源层后形成台阶型结构，在刻蚀了部分有源层的表面沉积n型ZnO有源层，将金属电极沉积于n型ZnO有源层表面完成整体器件结构设计。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0020]1、本专利技术的器件结构中，p型GaN有源层只覆盖下方部分n型GaN缓冲层，形成n型GaN缓冲层过渡到p型GaN有源层的台阶；n型ZnO有源层作为连续的顶层，一部分覆盖在p型GaN有源层上，另一部分覆盖在n型GaN缓冲层上；两部分的n型ZnO受到下方GaN层的影响产生不相等的电子浓度，覆盖在p型GaN有源层上的n型ZnO有源层电子浓度低，而覆盖在n型GaN缓冲层上的n型ZnO有源层电子浓度高，即产生不对称的ZnO能带；台阶两边由于这种能带不对称产生可以分离光生载流子的空间电荷区，从而在0压下实现紫外光电探测。
[0021]2、沉积在n型ZnO有源层上的金属电极为肖特基接触，能与n型ZnO有源层形成接触势垒，有利于进一步分离光生电子
‑
空穴对，提高器件响应度。
[0022]3、本专利技术利用GaN、Al
0.1
Ga
0.9
N禁带宽度可调节的特点，同时利用其与ZnO的吸收边不同以及两者晶格结构适配程度高的特点，设计了一种通过ZnO作为吸光层的背入式带通紫外探测器(362～372nm)，器件具有结构简单、响应度高、响应时间快等优点，更重要的，器件无需外加偏压即可工作。另外，采用正入射工作方式时，器件同样可以作为紫外光波段(≤380nm)的光探测器，同样具有响应度高、响应速度快等特点。
附图说明
[0023]本专利技术的说明书附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制。为了更好说明以下实施例，附图中描述的位置关系仅用于示意说明，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0024]图1为本专利技术自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器的结构示意图；图中各标号为：
11
‑
衬底；12
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缓冲层；13
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有源层；14
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n型ZnO有源层；15
‑
肖特基接触电极。
[0025]图2为本专利技术实施例1中紫外光探测器件背入射工作方式的IT曲线。
[0026]图3为本专利技术实施例1中紫外光探测器件背入射工作方式的光谱响应度。
[0027]图4为本专利技术实施例1中紫外光探测器件正入射工作方式的IT曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术紫外探测器的工作方式可以是背入射式带通(362～37本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自供电MSM型ZnO基紫外光电探测器，其特征在于，包括衬底、n型缓冲层、p型有源层、n型有源层以及两个电极；n型缓冲层沉积在衬底上；p型有源层只覆盖在部分n型缓冲层上，形成n型缓冲层过渡到p型有源层的台阶；n型有源层作为连续的顶层，一部分覆盖在p型有源层上，另一部分覆盖在n型缓冲层上，使两部分n型有源层产生不相等的电子浓度，在台阶处产生分离光生载流子的空间电荷区；两个电极分别分布在台阶两边，两个电极之间的肖特基接触势垒形成的空间电荷区进一步分离光生电子
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空穴对。2.根据权利要求1所述的紫外光电探测器，其特征在于，所述台阶采用刻蚀的方法制备而成，通过刻蚀部分p型有源层，产生有p型有源层的上台面，和无p型有源层的下台面。3.根据权利要求2所述的紫外光电探测器，其特征在于，刻蚀深度的要求为刻蚀到n型缓冲层。4.根据权利要求2所述的紫外光电探测器，其特征在于，刻蚀深度最小值为p型有源层的厚度，刻蚀深度还需小于p型有源层的厚度与n型缓冲层的厚度之和。5.根据权利要求1所述的紫外光电探测器，其特征在于，p型有源层的禁带宽度大于n型有源层的禁带宽度。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的紫外光电探测器，其特征在于，n型...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢振亚，林银华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：