一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器及其制备方法，所述异质结依次由单晶p

【技术实现步骤摘要】
一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体器件的制备方法，特别是涉及一种n型氧化镓(Ga2O3)/高阻本征层/p型硅(Si)日盲紫外探测器的制备方法，属于半导体


技术介绍

[0002]太阳光谱中有约7％的太阳辐射位于紫外光区。根据波长不同，可以将紫外线分为UVA(400
‑
320nm)，UVB(320
‑
280nm)，UVC(280
‑
200nm)和VUV(200
‑
10nm)四个部分。其中，由于臭氧层的强烈吸收，波长小于280nm的紫外光几乎无法到达地球表面，且波长越小，离地表越近，相应的光子数量就越少。因此，波长在200
‑
280nm范围内的紫外光也被称为日盲紫外光。极低的背景噪声使得该波段的紫外光可以应用于导弹追踪、无线通信、火焰探测、臭氧层空洞监测、电弧检测等领域，从而产生了对高效、灵敏的日盲紫外发射器和探测器的需求。
[0003]Ga2O3是一种重要的化合物半导体材料，其带隙值为4.6
‑
5.3eV(取决于晶型)，具有固有的日盲紫外吸收特性，260
‑
280nm的吸收截止波长，同时具有高的化学和热稳定性、高击穿电压和优异的辐射硬度，是用于日盲紫外探测器的理想探测材料。然而，迄今为止，基于Ga2O3的深紫外光电探测器还未投入商业生产，主要原因是与目前的商用探测器之间还存在性价比的差距。光电探测器的商业化应用必须具备良好的成本效益、可扩展性、可重复性以及能大规模生产等条件，同时也要满足各方面的性能要求。选择合适的器件结构和制备方法是满足这些要求的必要条件。
[0004]半导体光电探测器按结构不同一般可分为光电导型、肖特基型、pn结型和光电晶体管几种类型。其中pn结型光电探测器具有暗电流小、响应时间快、噪声低等优点，且通常可以显示出自供电特性。由于氧化镓具有本征n型特性，且其p型掺杂难以实现，研究者们通常利用其他p型材料与氧化镓形成pn异质结。但现有技术制备的日盲紫外探测器暗电流较高，信噪比和性价比还不理想。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器及其制备方法，本专利技术探测器具有n
‑
Ga2O3/高阻本征层/p
‑
Si结构异质结的结构。本专利技术采用Si衬底，Si具有低成本、工艺成熟、易集成的优势，本专利技术以p
‑
Si作为p型层，Ga2O3作为n型层制备异质结型日盲紫外探测器。相对于常见的pn结型器件，本专利技术在p
‑
Si和n型Ga2O3之间加入高阻本征层，制备PIN结构的结型探测器，可使器件获得更低的暗电流和更高的信噪比。本专利技术制备的日盲紫外探测器具有低成本、易集成的优势，在无线通信、火焰探测、臭氧层空洞监测、电弧检测等军事和民用领域有良好的应用前景。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器，以p
‑
Si作为p型层，以Ga2O3作为n型
层，在p
‑
Si和n型Ga2O3之间加入高阻本征层，形成具有n
‑
Ga2O3/高阻本征层/p
‑
Si的PIN结构的异质结型日盲紫外探测器结构。
[0008]一种本专利技术所述Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)p
‑
Si衬底清洗及预处理
[0010]选取单晶p
‑
Si衬底，电阻率为0.01～500Ω
·
cm，将衬底依次在去离子水、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗后，置入稀释HF溶液中浸泡，以去除表面的自然氧化层，然后用去离子水冲洗干净，用高纯氮气吹干；
[0011](2)高阻本征层制备
[0012]采用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，在单晶p
‑
Si衬底上制备高阻Ga2O3本征层，本征层厚度1～100nm；
[0013](3)n型Ga2O3薄膜的制备
[0014]采用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，在高阻Ga2O3本征层上制备n型Ga2O3薄膜，薄膜厚度10～500nm；
[0015](4)日盲紫外探测器的制备
[0016]采用磁控溅射、真空蒸发或电子束蒸发等方法，在p
‑
Si衬底和所述步骤(3)中制备的n型Ga2O3薄膜上生长欧姆接触电极，从而得到具有n
‑
Ga2O3/高阻本征层/p
‑
Si的PIN结构的异质结型日盲紫外探测器。
[0017]作为本专利技术的改进，在所述步骤(1)中，选取的单晶p
‑
Si衬底为<100>晶向，电阻率为1～10Ω
·
cm。
[0018]作为本专利技术的改进，在所述步骤(1)中，p
‑
Si衬底厚度不大于0.5mm。
[0019]作为本专利技术的改进，在所述步骤(1)中，超声清洗至少5min后，将衬底置入HF溶液中浸泡1min，以去除表面的自然氧化层，最后用去离子水冲洗至少两次，用高纯氮气吹干；所用的HF溶液为分析纯氢氟酸经1：9体积比稀释所得；将干燥的衬底迅速转移入溅射腔体内，并保持环境为真空。
[0020]作为本专利技术的改进，在所述步骤(2)中，制备高阻本征层时，采用原子层沉积、磁控溅射等方法。
[0021]作为本专利技术的改进，在所述步骤(2)中，控制制备设备腔体本底真空不大于10
‑7Torr，控制薄膜厚度为2～20nm。进一步优选控制薄膜厚度为5～20nm。
[0022]作为本专利技术的改进，在所述步骤(2)中，控制生长环境的真空度不高于4
×
10
‑3Torr，控制生长气氛为体积百分比含量为95％氩气和5％氧气，控制溅射功率不低于200W，控制托盘旋转速率不低于5r/min；在正式溅射前，先进行至少5min预溅射，使靶材表面性质稳定；在溅射过程中，监测薄膜生长速率，控制薄膜厚度。
[0023]作为本专利技术的改进，在所述步骤(3)中，制备n型Ga2O3薄膜时，采用如原子层沉积、金属有机化学气相沉积、脉冲激光淀积或磁控溅射方法。
[0024]作为本专利技术的改进，在所述步骤(3)中，n型Ga2O3薄膜厚度200～500nm。
[0025]作为本专利技术的改进，在所述步骤(3)中，控制制备设备腔体本底真空小于10
‑7Torr，控制薄膜厚度为100～500nm。
[0026]作为本专利技术的改进，在所述步骤(3)中，控制生长环境的真空度不高于4
×
10
‑
3
Torr，控制生长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器，其特征在于：以p
‑
Si作为p型层，以Ga2O3作为n型层，在p
‑
Si和n型Ga2O3之间加入高阻本征层，形成具有n
‑
Ga2O3/高阻本征层/p
‑
Si的PIN结构的异质结型日盲紫外探测器结构。2.一种权利要求1所述Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)p
‑
Si衬底清洗及预处理选取单晶p
‑
Si衬底，电阻率为0.01～500Ω
·
cm，将衬底依次在去离子水、丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗后，置入稀释HF溶液中浸泡，以去除表面的自然氧化层，然后用去离子水冲洗干净，用高纯氮气吹干；(2)高阻本征层制备采用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，在单晶p
‑
Si衬底上制备高阻Ga2O3本征层，本征层厚度1～100nm；(3)n型Ga2O3薄膜的制备采用化学气相沉积或物理气相沉积的方法，在高阻Ga2O3本征层上制备n型Ga2O3薄膜，薄膜厚度10～500nm；(4)日盲紫外探测器的制备采用磁控溅射、真空蒸发或电子束蒸发等方法，在p
‑
Si衬底和所述步骤(3)中制备的n型Ga2O3薄膜上生长欧姆接触电极，从而得到具有n
‑
Ga2O3/高阻本征层/p
‑
Si的PIN结构的异质结型日盲紫外探测器。3.根据权利要求1所述Ga2O3基PIN结构异质结日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，选取的单晶p
‑
Si衬底为<100>晶向，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐可，刘尊，黄浩斐，邓洁，王世琳，王梦倩，龚恒玥，刘川，黄健，王林军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：