[发明专利]一种实现高光谱选择性光电探测器的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，涉及一种实现对某一特定波长或波段的光谱进行选择性探测的方法。

背景技术

光电探测器是指对光子进行探测的器件。光子探测技术在军事和民用领域都有着广泛而重要的应用前景，例如在民用领域，它可用于火灾监测、光通讯、环境监测、医疗保健等方面；在军事领域，它在紫外告警、紫外通讯、紫外/红外复合制导和导弹探测等方面有广泛的应用。氧化锌(ZnO)及其相关材料具有相对较低的生长温度、有更强的抗辐射性能、而且成本低，原料丰富；另外ZnO在近紫外有很高的吸收系数而在可见光范围内有很高的透过率，这些性质都有利于制备高性能的探测器。从工作方式上划分，ZnO基光电探测器可以分为三种类型，光导型、金属-半导体-金属(MSM)结构和pn结型。光电导型探测器由于持久光电导作用，响应速度较慢，暗电流较大，且需要在偏置下才能工作。肖特基势垒探测器虽然是潜在的最快的探测器，但由于其势垒高度比较小，漏电流较大；且其耗尽区较窄，在耗尽区外的光生载流子大部分复合了而对光电流没有贡献，从而导致该结构的探测效率不高。而pn结型探测器则可以有效解决以上问题，它有效区内的较强电场可以把产生的电子空穴对快速扫入两边的掺杂区，从而减少了载流子通过辐射复合和其它非辐射复合途径的损失，有利于实现高响应速度、高灵敏度的探测器件。然而，在已进行的ZnO基材料的探测器研究中还主要集中在光导型和MSM结构上，而pn结型的光子探测器还非常少。这主要是因为未掺杂的ZnO通常表现为n型导电，而实现稳定高效的ZnO的p型掺杂目前还非常困难。人们也曾尝试了用其它已有的p型材料，如Si，6H-SiC，NiO，SrCu₂O₂等，与n型ZnO组合到一起形成pn结光子探测器。但是，很多时候由于两种材料具有不同的禁带宽度，这样得到的探测器往往会对很宽的光谱范围都有响应，探测器的光谱选择性比较差，同时紫外可见抑制比较小。在很多情况下，需要对某一特定波长或波段的光谱进行探测，这时候就需要光子探测器具有很高的光谱选择性。为了实现高光谱选择性，通常需要在探测器上加一个或多个滤波器。这种滤波器一般体积较大，易碎并且价格昂贵，这就增加了探测器的复杂程度和造价，也使得探测器的适用范围大为缩小。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现高光谱选择性光电探测器的方法，该方法简单易行，成本低，并且无需额外增加器件的体积。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种实现高光谱选择性光电探测器的方法，包括如下步骤：

首先，在p-GaN/Al₂O₃衬底上用分子束外延设备制备非掺杂ZnO薄膜，生长的温度范围是700～850℃，生长的氧气流量控制在0.6～1.0sccm，该ZnO薄膜呈现n型导电，电子浓度为1×10¹⁷～8×10¹⁷cm^-3，迁移率为15～40cm²V^-1S^-1；

其次，在GaN上蒸镀镍金电极，并通过在空气中300～500℃条件下、退火处理3～8分钟的方法实现电极与薄膜的欧姆接触，在ZnO上蒸镀铟电极，实现欧姆接触，在光照条件下，将光电探测器反向偏置测量光生电流，即可实现对光子的探测。

本发明的有益效果是：该方法简单易行，成本低，并且无需额外增加器件的体积。

附图说明

图1是本发明的ZnO/GaN pn结光电探测器的结构示意图。

图2是本发明在背入射条件下ZnO/GaN光电探测器的光谱响应曲线。其中，插图为正入射条件下的响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细地描述：

本发明采用两种或多种禁带宽度不同的半导体材料形成异质结光电探测器结构，其中禁带宽度较大的材料作为探测器的“滤波器”，使得探测器只对某一非常窄的光谱范围有响应，而在其它区域没有响应。该方法适用的材料体系包括但不限于ZnO/GaN，GaN/p-ZnO/n-ZnO，GaN/ZnMgO，AlGaN/ZnO，AlGaN/ZnMgO，AlGaN/GaN，AlGaAs/GaAs，GaN/InGaN，ZnO/InGaN，ZnMgO/p-ZnO/n-ZnO，ZnMgO/p-AlGaN/n-AlGaN等等。