[发明专利]一种基于非极性a面ZnOS薄膜的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于非极性a面ZnOS薄膜的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r面蓝宝石衬底、非极性a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非极性a面ZnOS薄膜的c轴方向。本发明以r面蓝宝石作为薄膜生长的衬底，采用脉冲激光烧蚀沉积方法，控制衬底温度为500～700℃，脉冲激光能量为300～400mJ/Pulse，薄膜沉积氧压为4～6Pa，在所述r面蓝宝石衬底表面沉积非极性a面ZnOS薄膜，然后通过热蒸发的方法在非极性a面ZnOS薄膜表面蒸镀电极。本发明的探测器结构简单，制备工艺也简单，探测器响应速度快，探测器的探测能力强。

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非极性a面ZnOS薄膜的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，并且资源丰富，化学性能稳定等优势，让ZnO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，更强的竞争力。经过十多年持续的攻关研究，随着人们对ZnO半导体的光、电、磁及压电等特性的理解和研究不断深入，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，ZnO的研究已进入功能扩展与综合利用的新阶段，展现出良好的应用前景。

2015年发明申请人团队已经利用脉冲激光沉积的方法成功地在r面蓝宝石上沉积得到a面取向的高质量ZnOS外延薄膜，并且研究了不同氧压条件对ZnOS薄膜成分、结构及光学性质的影响，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非极性a面取向ZnOS薄膜的光电探测器及其制备方法。本发明主要通过a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：

一种基于非极性a面ZnOS薄膜的光电探测器，所述探测器从下至上依次包括r面蓝宝石衬底、非极性a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非极性a面ZnOS薄膜的c轴方向。

进一步地，上述技术方案，所述非极性a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50nm～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r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Au。

本发明的另一目的在于提供上述所述基于非极性a面ZnOS薄膜的光电探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：