一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器及制备方，属于半导体光电探测器技术领域。由Au电极、p‑GaAs衬底、UID‑Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;低温缓冲层、n(轻掺杂)‑Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;薄膜、n<supgt;+</supgt;(重掺杂)‑Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;欧姆接触层、Ti/Au透明电极组成，薄膜外延全部由MOCVD工艺完成。本发明专利技术能够实现光暗电流比大、低噪声、高响应的砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备，可以在光照强度为300μW/cm<supgt;2</supgt;时，实现3×10<supgt;4</supgt;的光暗电流比和0.6A/W的响应度。本发明专利技术克服了目前水平结构Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;紫外探测器缺少P型、光暗电流比低、工艺复杂的问题，能够有效提高Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;紫外探测器的光暗电流比，促进其实际应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体光电探测器，具体涉及一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器及制备方法。
技术介绍
1、氧化镓(ga2o3)是一种新兴的超宽带隙(uwbg)半导体材料，由于具有4.5～4.9ev的超宽带隙，基本覆盖了整个日盲紫外波段；化学和热稳定性优良、紫外可见光透过率高，是研制深紫外探测器的理想材料。ga2o3对应的光吸收波长在250nm左右，属于日盲光波段(200～280nm)，不受太阳光背景噪声影响，是天然的制备日盲紫外探测器的材料。使用ga2o3制备的光电探测器在导弹追踪、深空探测成像、火险预警等领域有重要的应用前景。而且ga2o3器件的击穿场强高、能耗低、噪声小、耐高温等特性使其在高温、高频、抗辐射、大功率器件领域也有广泛的应用。高击穿电场强度以及高热稳定性，使其成为在日盲紫外探测领域的理想材料。
2、对于本身为uwbg且尚未实现p型掺杂的ga2o3，基于n-ga2o3与其它p型材料(如gaas)形成的异质结制备紫外光电探测器件成为一种可行的选择。通过调整ga2o3外延层的厚度和掺杂浓度，可以在ga2o3内获得宽度不同的空间电荷区，实现吸收光生载流子的效果。这对ga2o3薄膜制备和电学性质调控提出了技术要求。其次，ga2o3薄膜异质外延中的点缺陷和表面态对于表面势垒和漏电流具有较大影响，薄膜质量也迫切需要改善。mocvd工艺作为当前产业化外延薄膜的主要手段，在ga2o3薄膜外延、性质调控方面具有优势。基于上述问题，本专利技术提出一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器及制备方法。
r/>技术实现思路
1、本专利技术的目的是通过mocvd工艺，提供一种具有光暗电流比大、低噪声、高响应的基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器及制备方法，具有成本低廉的优势。
2、本专利技术采用掺杂浓度为1×1018～5×1018cm-3的p型gaas为衬底(p-gaas)，并利用当前成熟的mocvd工艺，在p-gaas衬底上低温生长厚度为40～80nm uid(非故意掺杂)-ga2o3薄膜，作为低温缓冲层提高外延薄膜质量，氧气氛围内原位退火降低缺陷密度；继续生长厚度为300～340nm、掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1017cm-3的n(轻掺杂)-ga2o3薄膜，作为光吸收层，氧气氛围内原位退火降低缺陷密度；在n-ga2o3薄膜上生长一层20～30nm、掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1020cm-3的n+(重掺杂)-ga2o3欧姆接触层，氧气氛围内原位退火降低缺陷密度；在欧姆接触层上表面沉积ti/au圆形透明电极，ti电极的厚度为4～8nm，au电极的厚度为8～12nm，形成欧姆接触且提高紫外光的透射率；最后在gaas衬底下表面沉积au欧姆接触电极，au电极的厚度为300～400nm，从而制备得到本专利技术所述的器件。本专利技术通过mocvd工艺制备了ga2o3紫外光电探测器，电场方向由ga2o3层到gaas衬底。同时利用了p型gaas电子和空穴迁移率高、热导率高和p型掺杂容易的优点，并通过热退火降低薄膜内点缺陷，透明电极提高紫外光的透射率，从而提出一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器及其制备方法。
3、如图1所示，本专利技术所述的一种光暗电流比大、低噪声、高响应的砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器，依次由p-gaas衬底1、p-gaas衬底1上表面生长的uid(非故意掺杂)-ga2o3低温缓冲层2、uid-ga2o3低温缓冲层2上生长的n(轻掺杂)-ga2o3薄膜3、n-ga2o3薄膜3上生长的n+(重掺杂)-ga2o3欧姆接触层4、n+-ga2o3欧姆接触层4上沉积一层ti/au圆形透明电极5、p-gaas衬底1下表面沉积一层au电极6组成。
4、本专利技术所述的一种光暗电流比大、低噪声、高响应的砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器的制备方法，其步骤如下：
5、a、将p-gaas衬底1(采购得到)依次用甲苯、丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5～10分钟，然后用高纯氮气吹干；
6、b、采用低温mocvd工艺在步骤a得到的p-gaas衬底1上外延生长uid-ga2o3低温缓冲层2，生长源为三乙基镓和高纯氧气，以高纯氩气作为三乙基镓的载气；高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，uid-ga2o3低温缓冲层2的低温生长温度为450～500℃，生长压力为30～40mbar，生长时间为5～8min；然后升温至550～600℃，在高纯氧气氛围下退火5～10min，氧气流量为400～500sccm，释放应力减少缺陷，提高薄膜质量；
7、c、利用mocvd工艺在步骤b制备的uid-ga2o3低温缓冲层2表面处延生长n-ga2o3薄膜3，反应源为三乙基镓和高纯氧气，以高纯氩气作为三乙基镓的载气，n型掺杂剂为硅烷；高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为2～4sccm，生长温度为550～600℃，生长压力为30～40mbar，生长时间为35～45min；然后在高纯氧气氛围下退火10～15min，氧气流量为400～500sccm，释放应力减少缺陷，提高薄膜质量；
8、d、利用mocvd工艺在步骤c制备的n-ga2o3薄膜3上外延生长n+-ga2o3欧姆接触层4，反应源为三乙基镓和高纯氧气，n型掺杂剂为硅烷；高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为18～20sccm，生长温度为550～600℃，生长压力为30～40mbar，生长时间为2～4min；然后于氧气氛围下退火，退火时间为0.8～1.2小时，氧气流量为400～500sccm；释放应力减少缺陷，提高薄膜质量；最后缓慢降至室温；
9、e、利用电子束蒸发工艺在步骤d制备的n+-ga2o3欧姆接触层4上通过硬掩模沉积一层ti/au圆形透明电极5；然后在氮气氛围、450～550℃下退火2～5min形成良好的欧姆接触，透明电极提高了紫外光的透射率，有利于提高器件的性能；
10、f、利用电子束蒸发工艺在步骤e得到器件的p-gaas衬底1下表面沉积一层厚度为200～400nm的au电极6；然后在氮气氛围、450～550℃下退火2～5min形成良好的欧姆接触，通过激光切割成独立器件，从而制备得到光暗电流比大、低噪声、高响应的砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器。
11、本专利技术的效果和益处：
12、本专利技术提出的一种具有光暗电流比大、低噪声、高响应的砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器，解决了当前ga2o3缺少p型掺杂的问题，克服了目前水平结构ga2o3紫外探测器光暗电流比低、工艺复杂的问题，能够有效提高ga2o3紫外探测器的光暗电流比，进而促进其实际应用。
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【技术保护点】
1.一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(B)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm；UID-Ga2O3低温缓冲层(2)的生长压力为30～40mbar，生长时间为5～8min；退火时高纯氧气流量为400～500sccm。
3.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(C)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为2～4sccm；n-Ga2O3薄膜(3)的生长温度为550～600℃，生长压力为30～40mbar，生长时间为35～45min，退火时高纯氧气流量为400～500sccm。
4.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(D)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为18～20sccm；n+-Ga2O3欧姆接触层(4)的生长温度为550～600℃生长压力为30～40mbar，生长时间为2～4min；退火时高纯氧气流量为400～500sccm。
5.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：p-GaAs衬底(1)的掺杂浓度为1×1018～5×1018cm-3，n-Ga2O3薄膜(3)的掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1017cm-3，n+-Ga2O3欧姆接触层(4)的掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1020cm-3。
6.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：UID-Ga2O3薄膜(2)的厚度为40～80nm，n-Ga2O3薄膜(3)的厚度为300～340nm，n+-Ga2O3欧姆接触层(4)的厚度为20～30nm，Ti/Au圆形透明电极(5)中Ti电极的厚度为4～8nm、Au电极的厚度为8～12nm，Au电极(6)的厚度为200～400nm。
7.一种基于砷化镓/氧化镓PN异质结紫外光电探测器，其特征在于：是由权利要求1～6任何一项所述的方法制备得到。
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【技术特征摘要】
1.一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器的制备方法，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm；uid-ga2o3低温缓冲层(2)的生长压力为30～40mbar，生长时间为5～8min；退火时高纯氧气流量为400～500sccm。
3.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为2～4sccm；n-ga2o3薄膜(3)的生长温度为550～600℃，生长压力为30～40mbar，生长时间为35～45min，退火时高纯氧气流量为400～500sccm。
4.如权利要求1所述的一种基于砷化镓/氧化镓pn异质结紫外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(d)中，高纯氩气流速为40～50sccm，高纯氧气流速为800～900sccm，硅烷流速为18～20sccm；n+-ga2o...
【专利技术属性】
技术研发人员：董鑫，党新明，焦腾，于含，张源涛，张宝林，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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