【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，尤其涉及一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器及其制备方法。
技术介绍
1、光电探测器(pd)是现代光电子器件中的关键部件，广泛应用于光学成像、空间光通信、导弹制导和定位导航等民用和军事领域。经过几十年的稳步发展，现代紫外光电探测器在光响应性、信噪比、稳定性和速度等方面具有优异的性能，近年来在环境监测、先进通信、空气净化、泄漏检测和空间研究等方面的应用越来越受到人们的关注。
2、目前，紫外光电探测器最常见的材料是硅基材料，但是由于其带隙能量小，基于硅的紫外光电探测器必须采用昂贵的过滤器，以阻挡可见光光谱；即使如此，硅基紫外光电探测器在紫外线区域的光响应性也很低。随着人们对探测器性能要求的提高，基于sic、algan/gan、金刚石、mgzno/zno和β-ga2o3等禁带宽度大于3ev材料的紫外光电探测器也陆续被制备出来。在这些器件中，gan凭借其优异的性能被认为是制备紫外光电探测器最有潜力的材料。与金属-半导体-金属(msm)和肖特基型相比，p-n结型gan紫外光电探测器具有更低的暗电流，更快的响应速度，更高的响应率和更高的探测率。更重要的是，光生电子-空穴对可通过p-n结构自动分离，无需外部电源，也就是说它是一种自供电光伏型pd，在紫外通信和空间探测等需要自给自足功能的应用领域有着巨大的潜力。但是，由于p-n结型gan基pd的核心是耗尽层，因此需要寻找一种窗口材料来保证紫外线能有效地到达结区。
3、β-ga2o3由于具有4.9ev的大禁带隙、较高的热稳定性和化学稳定性，作为
4、目前，p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器主要包括以下两种：
5、(1)薄膜型p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器：由于其工艺简单，是目前p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器最常见的类型。结合图1所示，具体是先在蓝宝石衬底上沉积质量较好的p-gan薄膜，然后在p-gan薄膜上外延得到n-ga2o3薄膜(可以通过掺杂获得高导n-ga2o3薄膜)，从而形成p-n结。与传统的紫外光电探测器相比，p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器在工作过程中利用内置电场快速分离电子-空穴对，实现在不加外部电源的情况下较好的光敏性和较快的光响应。
6、但是，由于β-ga2o3属于单斜晶系，而p-gan属于六方晶系，两者晶格失配较大，无法在p-gan薄膜上外延得到晶体质量较好的β-ga2o3薄膜，从而导致薄膜型p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器的光响应性能远远达不到应用要求。另外，如图1所示，在薄膜型p-gan/ga2o3自供电紫外光电探测器制备过程中需要利用电感耦合等离子体(icp)刻蚀β-ga2o3薄膜露出p-gan薄膜表面，然后分别在n-ga2o3薄膜和p-gan薄膜表面沉积金属电极，但icp刻蚀存在很多缺点，包括引入悬空键、缺陷、表面陷阱、载流子泄漏路径和材料中的复合中心。同时，干法刻蚀的费用较高，而且当使用较高的h2浓度时，干法刻蚀会导致表面粗糙度增加，进一步降低光电性能。
7、(2)ga2o3纳米线(nws)连接桥型自供电紫外光电探测器：由于纳米线具有一维的固有结构、大的表面体积比和强捕光能力，是超密度集成电路、传感器和光电探测器的理想材料。与自顶向下蚀刻的纳米线相比，自底向上生长的纳米线具有更好的结晶度和更光滑的表面，这是实现高性能光电和电子应用的关键。与薄膜型自供电紫外光电探测器相比，ga2o3nws连接桥型自供电紫外光电探测器凭借其独特的优势提高了探测器的光响应性能。
8、但是，如图2所示，由于ga2o3 nws在此种结构中仅作为“桥梁”连接两端的gan nws(位于蓝宝石衬底上)，因此ga2o3 nws数量极少，即在器件工作过程中真正利用p-n结参与工作的纳米线数量极少，大大影响了自供电紫外光电探测器的性能。另外，连接型的ga2o3 nws垂直性很差，大大降低了ga2o3 nws的光照面积，进一步影响了自供电紫外光电探测器的性能。
9、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器及其制备方法，旨在解决现有基于p-gan和ga2o3的自供电紫外光电探测器的光响应性能较低的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的第一方面，提供一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其中，包括：
4、步骤1、在衬底上沉积掩膜版；
5、步骤2、在所述掩膜版上刻蚀出纳米孔阵列，且所述纳米孔阵列贯穿所述掩膜版以露出衬底表面；
6、步骤3、在每个纳米孔中沉积gan纳米岛，以所述gan纳米岛为成核点进行纵向生长，得到gan纳米线阵列；
7、步骤4、在每个gan纳米线外围沉积ga2o3薄膜，得到核壳结构阵列，其中核壳结构是指以所述gan纳米线为内核、所述ga2o3薄膜为外壳形成的结构；
8、步骤5、在所述核壳结构阵列上沉积第一金属电极，在所述衬底背离所述第一金属电极的表面沉积第二金属电极。
9、可选地，所述步骤1中，所述衬底为si衬底或蓝宝石衬底，所述衬底的厚度为525-775μm。
10、可选地，所述步骤1中，采用电感耦合等离子体化学气相沉积法在衬底上沉积掩膜版；
11、所述掩膜版的厚度为30-100nm；
12、所述掩膜版的材料为二氧化硅或氮化硅。
13、可选地，所述步骤2中，所述纳米孔阵列在所述掩膜版上的密度为1×107-1×1010cm-2。
14、可选地，所述步骤3中，所述gan纳米线阵列中每个gan纳米线的直径为50-1000nm，每个gan纳米线的长度为0.5-2μm。
15、可选地，所述步骤3具体包括：
16、将经步骤2之后的衬底放入分子束外延设备的腔室内，接着将衬底温度升高至450-500℃，然后通入ga源；
17、关闭ga源，通入氮源，在每个纳米孔中得到gan纳米岛；
18、关闭氮源，升高衬底温度至700-850℃；
19、同时开启氮源和ga源，以所述gan纳米岛为成核点进行纵向生长，得到gan纳米线阵列。
20、可选地，所述步骤4中，所述ga2o3薄膜的厚度为50-200nm。
21、可选地，所述步骤4中，所述在每个gan纳米线外围沉积ga2o3薄膜，得到核壳结构阵列的步骤具体包括：
22、将经步骤3之后的衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备的腔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述衬底为Si衬底或蓝宝石衬底，所述衬底的厚度为525-775μm。
3.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，采用电感耦合等离子体化学气相沉积法在衬底上沉积掩膜版；
4.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述纳米孔阵列在所述掩膜版上的密度为1×107-1×1010cm-2。
5.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述GaN纳米线阵列中每个GaN纳米线的直径为50-1000nm，每个GaN纳米线的长度为0.5-2μm。
6.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述在每个GaN纳米线外围沉积Ga2O3薄膜，得到核壳结构阵列的步骤具体包括：
9.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤5之后，还包括：
10.一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器，其特征在于，包括第二金属电极、位于所述第二金属电极上的衬底、位于所述衬底上的掩膜版、位于所述掩膜版上的核壳结构阵列和位于所述核壳结构阵列上的第一金属电极，其中所述核壳结构阵列贯穿所述掩膜版至与所述衬底表面接触，每个核壳结构的内核为GaN纳米线、外壳为Ga2O3薄膜；
...【技术特征摘要】
1.一种基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述衬底为si衬底或蓝宝石衬底，所述衬底的厚度为525-775μm。
3.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，采用电感耦合等离子体化学气相沉积法在衬底上沉积掩膜版；
4.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述纳米孔阵列在所述掩膜版上的密度为1×107-1×1010cm-2。
5.根据权利要求1所述的基于氧化镓与氮化镓的自供电紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述gan纳米线阵列中每个gan纳米线的直径为50-1000nm，每个gan纳米线的长度为0.5-2μm。
6.根据权利要求1所述的基于氧化镓...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐红基，陈端阳，杨珍妮，包森川，
申请(专利权)人：杭州富加镓业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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