[发明专利]基于m面ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于m面ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器及其制备方法。本发明的探测器从下至上依次包括m面蓝宝石衬底、m面ZnOS薄膜、一对平行金属电极，其中：所述平行金属电极垂直于所述m面ZnOS薄膜的c轴方向。本发明的光电探测器当电极上所加的电场与内部自发极化场的方向相同时，此时内部的极化场将与外电场叠加，协同增强载流子的分离和传输，有效提高光探测器的响应速度。另外，本发明制备的光电探测器为MSM构造，结构简单，且制备工艺也简单，制作成本低廉，易于生产，有利于产业化应用。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于m面ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器及其制备方法。

背景技术

以氧化锌(ZnO)等为代表的第三代半导体材料是近年来迅速发展起来的新型半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强等优点，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，正在成为全球半导体产业新的战略高地。

ZnO作为一种重要的II-VI族宽禁带半导体，以其独特的性质和在电子和光电子器件的应用前景得到了广泛的研究。它具有大的直接带隙(3.37eV)和激子结合能(60meV)、高的可见光透过率和紫外吸收系数、良好的抗辐射性能，以及资源丰富、化学性能稳定等优势，使其在电子和光电子器件的发展运用中拥有更大的潜力、更多的可能性和更强的竞争力。经过十多年持续的攻关研究，人们对ZnO半导体的光、电、磁及压电等特性的理解不断深入，ZnO半导体在太阳能电池、发电机、传感器、探测器、发光二极管和激光器等领域的应用成果不断涌现，目前ZnO的研究已进入功能扩展与综合利用的新阶段，展现出广阔的应用前景。

ZnO材料禁带宽度的调节范围有限，限制了其进一步应用。因此，人们又发展了基于金属元素掺杂或通过阴离子部分取代形成ZnOX(X＝S、Se等)三元合金来有效调控ZnO材料的禁带宽度。例如，本申请发明人课题组在前期已公开发表了“脉冲激光沉积法制备非极性面ZnOS薄膜及其性能研究”，公开了在a面、m面蓝宝石以及ZnO缓冲层上制备ZnOS薄膜，系统研究了衬底温度和氧压对ZnOS薄膜结构和性能的影响，得到了沉积高质量非极性面ZnOS薄膜的优化条件，但是，该现有技术未对ZnOS薄膜应用于光电器件方面进行探究。

本申请是在上述工作的基础上，进一步深入研究开发和创新后提出的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的在于提供一种基于m面取向ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器及其制备方法。本发明主要通过m面ZnOS薄膜中的自发极化场来促进光生载流子分离，有效提高光探测器的响应速度，增强探测器的探测能力。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于m面ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器，所述探测器从下至上依次包括m面蓝宝石衬底、m面ZnOS薄膜、一对平行金属电极，其中：所述平行金属电极垂直于所述m面ZnOS薄膜的c轴方向。

进一步地，上述技术方案，所述m面ZnOS薄膜的厚度为200～400nm，优选为300nm。

进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的厚度为50～100nm。

进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的间距为10～100μm，优选为100μm。

进一步地，上述技术方案，所述m面蓝宝石衬底的厚度为0.1～0.6mm，优选为0.35～0.45mm。

进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极材料可以为Al、Au或Ag中的任一种，优选为Al。

本发明的另一目的在于提供上述基于m面ZnOS薄膜的自发极化增强型光电探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：