[发明专利]一种ZnO基p‑i‑n结构紫外探测器及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201710028232.1 申请日: 2017-01-16
公开(公告)号: CN106876504A 公开(公告)日: 2017-06-20
发明(设计)人: 苏龙兴;方晓生 申请(专利权)人: 复旦大学
主分类号: H01L31/0296 分类号: H01L31/0296;H01L31/0352;H01L31/105;H01L31/18
代理公司: 上海正旦专利代理有限公司31200 代理人: 陆飞,陆尤
地址: 200433 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 zno 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。

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