【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电探测器，尤其涉及一种氧化镓基叠层结构紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、紫外探测在军事民用等诸多领域有着广泛的应用，目前市场上应用比较广泛的紫外探测器的类型大致可以分为三种，首先是在空间探测等极微弱紫外线探测方面，应用广泛的主要是真空光电倍增管，但是只能工作在高压环境下，且耐高温性能和抗电磁干扰性能较差；其次在日常生活中占据主体地位的是硅基光电探测器，但是硅的禁带宽度在1ev左右，使用时需要装载多个滤光片，造价昂贵，因着这两种器件的缺点，随之便诞生了基于宽禁带材料的紫外探测器，包括金刚石、碳化硅、氮化镓(gan)等ⅲ族氮化物以及ⅱ-ⅵ族氧化物，其中基于氧化物材料制备的探测器凭借其优异的光电探测性能、光谱响应峰值对应深紫外光区域，稳定性高、反应灵敏等特点，逐渐成为紫外探测领域内的研究热点。以氧化镓(ga2o3)为代表的镓基氧化物半导体因其天然的本征日盲吸收特性、优异的化学和热稳定性以及相对简单、低成本的制备工艺而成为制备日盲紫外探测器的热点材料,并展现出巨大的应用前景。
2、ga2o3存在五种不同的晶相，其中以 β相是最稳定的相。 β-ga2o3属于单斜晶系，空间群为c2 /m，晶格常数 a=1.222nm， b=0.304nm， c=0.58nm，键角 α= γ= 90
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提供一种氧化镓基叠层结构紫外探测器及其制备方法。
2、本专利技术第一目的在于提供一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，包括：由下至上紧密堆叠的氮化镓单晶衬底、gaon薄膜层和 β-ga2o3薄膜层，以及位于 β-ga2o3薄膜层背离氮化镓单晶衬底一侧表面上对称设置的电子传输层和空穴阻挡层；电子传输层和空穴阻挡层上均设有金属电极。
3、优选的，电子传输层的材质为zno，所述空穴阻挡层的材质为tio2。
4、优选的，电子传输层和所述空穴阻挡层的厚度均为20-100nm，间距为0.5-2mm。
5、优选的， β-ga2o3薄膜层厚度为500-1000nm。
6、优选的，金属电极为圆形，材质为金、铂或银。
7、优选的，金属电极的厚度为10-80nm，直径为10-200 μm。
8、本专利技术第二目的在于提供一种氧化镓基叠层结构紫外探测器的制备方法，具体包括如下步骤：
9、s1.将氮化镓单晶衬底清洗干净，放置在管式炉中，排除管式炉中残余气体后通入高纯氧气，随后进行升温加热；加热后温度冷却至室温，再停止通氧气，形成gaon薄膜层；
10、s2.氧化后的氮化镓单晶衬底放置在酸性溶液中处理，再用等离子体处理；进行低温热退火处理，修复晶格损伤；
11、s3.在步骤s2处理后的衬底表面上外延生长 β-ga2o3薄膜层；
12、s4.在 β-ga2o3薄膜层通过磁控溅射技术沉积电子传输层和空穴阻挡层；
13、s5.采用掩膜的方式预留出电子传输层和空穴阻挡层的中间部分，采用离子溅射技术在中间部分蒸镀金属电极。
14、优选的，步骤s3具体包括如下子步骤：
15、s301.首先在氮化镓单晶衬底上外延生长一层厚度为30-60nm的 β-ga2o3，有机源选用三乙基镓，有机源温设定在0-10℃，有机源流量保持在1-4sccm，温度控制在600-700℃，生长时间为30-50min；
16、s302.关闭有机源进出口阀门，停止通氧气，排尽腔内空气后将有机源温升高到10-30℃，有机源流量增加至5-15sccm，温度升高至800-950℃之间，生长120-200min后，形成 β-ga2o3薄膜层。
17、优选的，在所述步骤s1中，氧气流量为50-100sccm，升温至1200-1800℃后维持加热的时间为120-240min。
18、优选的，在所述步骤s2中，酸性溶液处理时间为10-30min，酸性溶液浓度为0.5-1.2%；所述等离子体为氧等离子体，处理时间为10-50min；所述低温热退火处理的条件为：选用氧氮比例为7：3的氧氮混合气体，在600-900℃下热退火100-300min。
19、与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
20、本专利技术提供一种氧化镓基叠层结构紫外探测器及制备方法，该方法提高了氧化镓的晶体质量，薄膜内部缺陷明显减少，同时设计的叠层结构对电子和空穴进行双重调控，在抑制氧化镓固有持续光电导效应的同时还增加了紫外光导增益。这种新型结构的设计丰富了目前关于氧化镓基光电探测器的研究，将电子传输层和空穴阻挡层引入紫外探测器的研究中，提出了一种新的研究思路，即控制电子空穴输运速率的方法。本专利技术方法设计的光电探测器器件结构稳定，器件的响应时间能达到微秒量级，下降时间快速，有效的克服了氧化镓材料固有的持续光电导效应带来的不良影响。同时该器件与已报道的器件相比，其紫外探测性能相当优异。
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1.一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于，包括：由下至上紧密堆叠的氮化镓单晶衬底、GaON薄膜层和β-Ga2O3薄膜层，以及位于β-Ga2O3薄膜层背离氮化镓单晶衬底一侧表面上对称设置的电子传输层和空穴阻挡层；电子传输层和空穴阻挡层上均设有金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述电子传输层的材质为ZnO，所述空穴阻挡层的材质为TiO2。
3.根据权利要求2所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述电子传输层和所述空穴阻挡层的厚度均为20-100nm，间距为0.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述β-Ga2O3薄膜层厚度为500-1000nm。
5.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述金属电极为圆形，材质为金、铂或银。
6.根据权利要求5所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述金属电极的厚度为10-80nm，直径为10-200μm。
7.权利要求1-6任意
8.根据权利要求7所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括如下子步骤：
9.根据权利要求8所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，氧气流量为50-100sccm，升温至1200-1800℃后维持加热的时间为120-240min。
10.根据权利要求9所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，酸性溶液处理时间为10-30min，酸性溶液浓度为0.5-1.2%；所述等离子体为氧等离子体，处理时间为10-50min；所述低温热退火处理的条件为：选用氧氮比例为7：3的氧氮混合气体，在600-900℃下热退火100-300min。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于，包括：由下至上紧密堆叠的氮化镓单晶衬底、gaon薄膜层和β-ga2o3薄膜层，以及位于β-ga2o3薄膜层背离氮化镓单晶衬底一侧表面上对称设置的电子传输层和空穴阻挡层；电子传输层和空穴阻挡层上均设有金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述电子传输层的材质为zno，所述空穴阻挡层的材质为tio2。
3.根据权利要求2所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述电子传输层和所述空穴阻挡层的厚度均为20-100nm，间距为0.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述β-ga2o3薄膜层厚度为500-1000nm。
5.根据权利要求1所述的一种氧化镓基叠层结构紫外探测器，其特征在于：所述金属电极为圆形，材质为金、铂或银。
6.根据权利要求5所述的一种氧化镓基叠层结构紫外...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈星，王明硕，刘可为，申德振，李炳辉，杨佳霖，程祯，朱勇学，
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：
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