[发明专利]一种ZnO基p‑i‑n结构紫外探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，包括：衬底，衬底上生长的缓冲层，缓冲层上生长的n型ZnO层，i型ZnO层，p型MgZnO层，以及n、p型层上的金属接触电极；其中，

n型ZnO层的厚度为50 nm~5 μm，i型ZnO层的厚度为10 nm~500 nm，p型MgZnO层的厚度为10 nm~500 nm；在n型ZnO和p型MgZnO层上面的为金属接触电极；其中，p型MgZnO层为Mg组份梯度线性渐变的O极性MgZnO合金，利用梯度应变产生的极化场诱导离化空穴，产生高浓度的三维空穴气体。

2.根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述的衬底选自蓝宝石Al₂O₃、单晶硅Si、单晶氮化镓GaN、单晶砷化镓GaAs和单晶氧化镁MgO。

3.根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述缓冲层是Mg、MgO、ZnO、BeO、BeZnO和MgZnO之中的一种或多种材料组成。

4. 根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述n型ZnO层为掺Ga或Al的ZnO，其电子浓度控制在10¹⁷/cm³ ~ 10²⁰/cm³范围内。

5. 根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述i型ZnO层为高温生长的ZnO薄膜，其本征载流子浓度控制在10¹⁴/cm³ ~ 10¹⁶/cm³范围内。

6. 根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述p型MgZnO层为Mg组份梯度线性渐变的MgZnO薄膜，受主掺杂元素包括Li、Na、P、As或N，通过控制MgZnO层中Mg组份梯度渐变产生的极化场，利用极化场对空穴进行诱导离化，产生高浓度的三维空穴气，空穴浓度在10¹⁶/cm³ ~ 10¹⁹/cm³范围内。

7. 根据权利要求1的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器，其特征在于，所述接触金属电极选自钛、铝、镍、铂、金、银、钼、钽、钴、鋯和钨W单层金属或金属复合层；接触电极层的厚度为30 nm~500 nm，在接触电极上再蒸镀有一层10 nm~500 nm厚的金Au层。

8.一种如权利要求1-7之一所述的基于极化诱导空穴法的ZnO基p-i-n结构紫外探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

①衬底清洗，其中蓝宝石衬底Al₂O₃、GaN单晶衬底的清洗步骤为：在H₂SO₄:HCl=3:1的酸中加热15 min ~ 45 min，之后分别在丙酮和异丙醇IPA中超声清洗15 min ~ 45 min，然后用去离子水冲洗干净，最后用氮气枪吹干装入生长腔，在生长腔中用500℃~900℃的高温处理15 min ~ 60 min，把表面的水蒸气和有机物除掉；Si衬底的清洗步骤为：先在硫酸H₂SO₄和双氧水H₂O₂中清洗1 min~5 min，接着在氢氟酸HF中清洗1 min~ 3 min，把Si表面的SiO₂氧化层腐蚀掉，紧接着在氨水NH₃.H₂O和双氧水H₂O₂中清洗3 min~15 min，最后在盐酸HCl中清洗3 min~15 min后用去离子水冲干净，用氮气枪吹干然后装入生长腔直接生长；GaAs衬底和MgO衬底则不需要生长前清洗；

② 在衬底清洗完后，开始缓冲层的生长，生长方法包括：磁控溅射法、分子束外延法、金属有机气相沉积法或激光脉冲沉积法；

③ 生长完缓冲层后，开始n型ZnO层的生长，n型ZnO的厚度通过生长时间的长短控制，掺杂元素为Al或Ga；接着开始i型层ZnO的生长，生长温度比n型层的生长温度高100℃~200℃，生长条件为富氧状态；接着开始p型MgZnO层的生长；MgZnO层中的Mg含量从0%~30%梯度渐变，掺杂元素为Li、Na、N、As、P；生长方法包：括磁控溅射法、分子束外延法、金属有机气相沉积法或激光脉冲沉积法；其中p型MgZnO层5为Mg组份梯度线性渐变的O极性MgZnO合金，利用梯度应变产生的极化场诱导离化空穴，产生高浓度的三维空穴气体；

④ 薄膜制备完后，先用丙酮、异丙醇IPA化学试剂对薄膜的表面进行清洗，得到干净的表面；然后用光学掩膜的方法在薄膜上面做图案，把需要刻蚀的部分裸露出来，不需要刻蚀的部分则用光刻胶覆盖；然后采用ICP刻蚀的方法把裸露部分的p型层和i型层薄膜刻蚀掉，使部分n型层裸露出来；

⑤ 再次把刻蚀完的样品用丙酮、异丙醇和去离子水清洗干净，然后进行光刻掩膜，用电子束蒸镀的方法在上面镀上金属电极。