一种宽禁带氧化物薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体光电探测器技术领域，特别涉及一种宽禁带氧化物薄膜及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种宽禁带氧化物薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电探测器
，特别涉及一种宽禁带氧化物薄膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]紫外探测器被广泛的应用于天文学
、
燃烧工程
、
水净化处理
、
火焰探测
、
生物效应
、
天际通信以及环境污染监测等领域
。
由于大气中臭氧层的吸收，使得地球表面几乎没有小于
280nm
的紫外光，这一光谱区域称为日盲波段，由于没有太阳光的干扰，使得工作在该波段的日盲紫外探测器具有高的灵敏度，可用于导弹预警等方面
。
因此日盲紫外探测器受到了人们广泛的关注
。
[0003]目前在军事和实际生活上应用的探测器主要以硅基紫外光电管和光电倍增管为主，但是二者体积笨重，功耗比较大，而且还需要自带滤光片，这些缺点在很大程度上限制了它们应用的推广
。
[0004]Ga2O3作为一种新型的直接带隙宽禁带半导体，其室温下的禁带宽度为
4.9eV
左右，因其禁带宽度大，吸收边正好位于日盲波段，是天然的制备日盲紫外探测器的材料
。
但是由于目前基于
Ga2O3材料的紫外探测器综合性能还比较低，特别是具有较高响应度的器件的响应时间往往较长
。
此外，传统宽禁带半导体紫外探测器还存在响应度和暗电流之间矛盾的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种宽禁带氧化物薄膜及其制备方法，宽禁带氧化物薄膜主要由三层构成，包括位于底部的第一
Ga2O3层，位于中间的
ZnMgO
层，以及位于上部的第二
Ga2O3层
。
使用该方法制备的宽禁带氧化物薄膜复合结构，可以保证底部的第一
Ga2O3层，中间的
ZnMgO
层，以及位于上部的第二
Ga2O3层均具有良好的结晶质量，且位于中间的
ZnMgO
层的吸收截止边与第一
Ga2O3层和第二
Ga2O3层基本一致
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0007]本专利技术提供的宽禁带氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、
将清洗后的衬底置于
MOCVD
生长设备中并加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在加热后的衬底表面生长第一
Ga2O3层；
[0009]S2、
将生长有第一
Ga2O3层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镁化合物作为镁源
、
有机锌化合物作为锌源
、
氧气作为氧源，在第一
Ga2O3层的表面生长
ZnMgO
层；
[0010]S3、
将生长有
ZnMgO
层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层，制得宽禁带氧化物薄膜
。
[0011]优选地，步骤
S1
中，使用三氯乙烯
、
丙酮
、
乙醇分别清洗衬底，衬底为蓝宝石
、
氧化镁
、
氧化锌
、
铝酸镁中的任意一种
。
[0012]优选地，步骤
S2
中，将生长有第一
Ga2O3层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热后，以
有机镁化合物作为镁源
、
氧气作为氧源，在第一
Ga2O3层的表面生长
MgO
过渡层，再以有机锌化合物作为锌源，在
MgO
过渡层表面生长
ZnMgO
层，
ZnMgO
层为立方相结构
。
[0013]优选地，步骤
S3
中，将生长有
ZnMgO
层的衬底先置于真空镀膜机中，在
ZnMgO
层的表面蒸镀得到
Ga
过渡层，再置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层；蒸镀电流
10
～
140A
，蒸镀
Ga
的量5～
50mg。
[0014]优选地，步骤
S3
中，在
ZnMgO
层的表面通过旋涂的方法制备
Ga
过渡层，再将制备有
Ga
过渡层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层；旋涂的
Ga
的量为5～
50mg
，旋涂温度
30
～
60℃
，旋涂的转速为
500
～
3000r/min
，旋涂时间1～
60s。
[0015]优选地，镓源为三甲基镓或三乙基镓，锌源为二乙基锌，镁源为二甲基茂镁
。
[0016]优选地，步骤
S3
中，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，先通入氧气1～
20min
，或将镓源和氧气同时通入，在
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层
。
[0017]优选地，步骤
S1
～
S3
中，加热温度
500
～
800℃
，
MOCVD
生长设备的真空度2×
102～1×
104Pa
，氧气流速
100
～
1000mL/min
，镓源
、
锌源和镁源均以高纯氮气作为载气，镓源载气流速5～
40mL/min
，锌源载气流速为5～
50mL/min
，镁源载气流速为5～
100mL/min
，第一
Ga2O3层和第二
Ga2O3层的生长时间
0.5
～
5h
，生长完成后以
0.1
～
50℃/min
的速度降至室温
。
[0018]本专利技术提供的宽禁带氧化物薄膜，由上述制备方法制备得到，包括依次设置的第一
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种宽禁带氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
将清洗后的衬底置于
MOCVD
生长设备中并加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在加热后的衬底表面生长第一
Ga2O3层；
S2、
将生长有第一
Ga2O3层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镁化合物作为镁源
、
有机锌化合物作为锌源
、
氧气作为氧源，在所述第一
Ga2O3层的表面生长
ZnMgO
层；
S3、
将生长有
ZnMgO
层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在所述
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层，制得宽禁带氧化物薄膜
。2.
根据权利要求1所述的宽禁带氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，使用三氯乙烯
、
丙酮
、
乙醇分别清洗衬底，所述衬底为蓝宝石
、
氧化镁
、
氧化锌
、
铝酸镁中的任意一种
。3.
根据权利要求1所述的宽禁带氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，将生长有第一
Ga2O3层的衬底置于
MOCVD
生长设备中加热后，以有机镁化合物作为镁源
、
氧气作为氧源，在所述第一
Ga2O3层的表面生长
MgO
过渡层，再以有机锌化合物作为锌源，在所述
MgO
过渡层表面生长
ZnMgO
层，所述
ZnMgO
层为立方相结构
。4.
根据权利要求1所述的宽禁带氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S3
中，将生长有
ZnMgO
层的衬底先置于真空镀膜机中，在所述
ZnMgO
层的表面蒸镀得到
Ga
过渡层，再置于
MOCVD
生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源
、
氧气作为氧源，在所述
ZnMgO
层的表面生长第二
Ga2O3层；蒸镀电流
10
～
140A
，蒸镀
Ga
的量5～
50mg。5.
根据权利要求1所述的宽禁带氧化物薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星，刘可为，申德振，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：