[发明专利]一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法。所述的光电探测器包括依次为衬底、氧化镓薄膜和电极。氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，结晶区域和非晶区域之间形成相结。氧化镓薄膜为在衬底温度为400～500℃条件下通过磁控溅射工艺生长。本发明工艺可控性强、容易操作，制作成本低，且重复性好，获得的氧化镓相结薄膜表面平整致密。本发明制得的光电探测器具有很好的光电响应，极快的灵敏度，较低的暗电流，在日盲紫外探测领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，特别涉及一种自组装结晶/非晶氧化镓相结光电探测器及其制造方法。

背景技术

大气中的平流臭氧层对波长在200nm到280nm之间的紫外光具有强烈的吸收作用，到达地面的处在该波段的紫外光辐射在海平面附近几乎衰减至零，故被称作日盲区，这就为工作于该波段的日盲-紫外光电探测系统提供了一个良好的信号背景。随着日盲-紫外探测技术的发展，其在日盲- 紫外通信、导弹预警跟踪、火箭尾焰探测、天基紫外预警、紫外超光谱侦察、着舰引导、电晕探测、海上搜救等军用与民用领域有着广泛的应用前景。要实现日盲紫外探测，器件核心半导体材料的禁带宽度要大于4.4 eV(对应探测波长280nm)，Ga₂O₃的禁带宽度约为4.9eV，正好对应于日盲区，室温下激子束缚能高达40～50meV，远高于室温热离化能(26meV)，并具有优异的热稳定性和化学稳定性，是制备光电探测器，特别是日盲紫外探测器件的天然理想材料。

目前报道的氧化镓薄膜基日盲-紫外探测器的结构主要有金属-半导体 -金属型、肖特基结型、异质结和雪崩二极管型。金属-半导体-金属型器件具有工艺简单、方便集成的优势，但没有内部增益、对微弱光信号的探测能力差、难以获得高的光电响应度。肖特基、异质结和雪崩型器件利用了结效应的光生载流子倍增效果和对载流子输运的调制作用，往往能够获得较高的光电流增益和较快的响应速度。

目前基于氧化镓薄膜的具有增益的结型日盲紫外探测的研究还处于起步阶段，且主要集中在基于高温条件下生长的单晶或多晶Ga₂O₃薄膜与其他半导体材料结合成异质结，但由于氧化镓薄膜与其他半导体材料存在的晶格失配，制备工艺复杂，难以实现产业化。如何开发出制备工艺简单、成本较低且具有增益的氧化镓日盲探测器制备方法，仍是业界极待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在解决现有的日盲紫外光探测器的制备工艺复杂的问题，以及灵敏度等综合性能在不增加工艺复杂度的情况下如何提高的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种光电探测器，包括衬底、氧化镓薄膜和电极，所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。

根据本发明的优选实施方式，所述相结是作为n型同质结的结晶/非晶 Ga₂O₃相结。

根据本发明的优选实施方式，所述氧化镓薄膜的厚度为100～300nm。

根据本发明的优选实施方式，所述氧化镓薄膜的厚度为200nm。

根据本发明的优选实施方式，所述衬底为c面蓝宝石衬底。

此外，本发明还提出一种制备光电探测器的方法，包括：在衬底上形成氧化镓薄膜，并在在氧化镓薄膜上形成电极，所述氧化镓薄膜包括混合的结晶区域和非晶区域，所述结晶区域和非晶区域之间形成相结。

根据本发明的优选实施方式，在衬底上形成氧化镓薄膜的步骤包括：采用磁控溅射技术，在温度为400℃～500℃的衬底上溅射生长所述氧化镓薄膜。

根据本发明的优选实施方式，所述衬底温度为450℃。