[发明专利]一种基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器及其制备方法

说明书

基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器，包括β相的氧化镓衬底、金属(Au)叉指状电极、绝缘介质钝化层和另一同晶体取向的β相氧化镓单晶滤光片，在(100)、(001)或(010)β相的单晶衬底上沉积金属得到叉指状电极阵列，然后覆盖绝缘介质钝化层，所述绝缘介质钝化层漏出金属(Au)叉指状电极；氧化镓单晶滤光片是位于Au叉指状电极器件的上方2‑5mm处放置，氧化镓单晶滤光片的晶体取向与衬底相同，面积稍大于衬底，氧化镓单晶滤光片面内晶体取向垂直于氧化镓衬底。上述器件具有封装结构，可以实现阵列化信号输出。本探测器能实现有效的滤除杂波，增强对短波的抑制作用，实现窄带的日盲紫外探测器；探测器结构简单，成本较低，抑制较高，有利于推广使用。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，涉及一种日盲型紫外探测器，具体为一种基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器及其制备方法。

技术背景

太阳光经过大气层时，由于大气中臭氧层和其他气体的吸收和散着作用，太阳光中波长小于280nm的紫外辐射几乎无法到达地面，因此波长在200nm到280nm波段的紫外光被称为日盲紫外线，又称为UVC波段。日盲紫外信号具有背景干扰小、不容易产生虚假报警的有点。因此，探测这一波段信号的日盲紫外探测器在军事、民用和科研等领域具有广阔的应用前景。

目前市场上常见的日盲紫外探测器主要是配备滤光片的Si基光电二极管和真空电子倍增管。军事上一般使用AlGaN作为光敏层制备的探测器，在这种探测器中，由于需要把AlGaN的禁带宽度调节到较高的位置，因此AlGaN中铝组分较高，这就容易引起AlGaN薄膜的晶体质量下降，影响器件的性能。而新兴的氧化物半导体β相氧化镓的带隙刚好落在4.5-4.7eV，属于日盲紫外线的能量范围，因此可以直接作为日盲紫外探测器的光敏层，这就避免了由于高Al组分引起的薄膜晶体质量下降的问题。此外，虽然这些探测器具有长波抑制的能力，但无法实现对短波的抑制，在需要实现带通探测应用领域中仍需要加装昂贵的短波抑制滤波系统才能实现窄带通的探测，大大增加了应用成本。而β相的氧化镓其具有单斜结构，三个方向的晶格常数各不相同，因此电子在跃迁过程中遵循一定的跃迁矩阵；具体表现出来为，当光的电场方向平行于不同晶轴时，具有光学禁带宽度不同的特征。因此，可以通过这一特征，利用另一个β相氧化镓薄膜作为滤波片，可以实现短波抑制功能，实现带通日盲紫外探测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器及其制备方法。在β相的氧化镓单晶上，通过电子束沉积，磁控溅射或热蒸发的方法在光刻形成的叉指状图形上制备叉指状电极，再利用另一同晶体取向的β相氧化镓单晶作为滤光片，形成带通日盲紫外探测器。

本发明的技术方案如下：一种基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器，包括β相的氧化镓衬底、金属(Au)叉指状电极、绝缘介质钝化层和另一同晶体取向的β相氧化镓单晶滤光片，在(100)、(001)或(010)β相的单晶衬底11上沉积金属得到叉指状电极阵列12，然后覆盖绝缘介质钝化层13，所述绝缘介质钝化层13漏出金属(Au)叉指状电极；氧化镓单晶14滤光片是位于Au叉指状电极器件的上方2-5mm处放置，氧化镓单晶滤光片的晶体取向与衬底相同，面积稍大于衬底，但氧化镓单晶滤光片面内晶体取向垂直于氧化镓衬底。

所述的β相的氧化镓衬底厚度为100-500μm，金属(Au)叉指状电极位于β相的氧化镓衬底上，电极的厚度为50-200nm，叉指图形的长度为480μm，宽度为5μm，间距为5μm。光刻的图形尺寸，固定的尺寸。

钝化层为PECVD生长的SiO₂或ALD生长的氧化铝薄膜，SiO₂的厚度范围为200-300nm，氧化铝薄膜的厚度为20-40nm。

进一步，一种基于氧化镓偏振选择特性的带通日盲紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：