[发明专利]基于氧化镓能带调控的同质结光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提出了一种基于氧化镓能带调控的同质结光电探测器及其制备方法，同质结光电探测器包括绝缘的衬底，衬底(1)上依次设有无定形Ga₂O₃薄膜和β相Ga₂O₃薄膜，无定形Ga₂O₃薄膜和β相Ga₂O₃薄膜上均设有接触电极。本发明针对Ga₂O₃不能实现稳定p型掺杂限制同质结光电探测器制备的问题，提出了一种通过调控生长过程中氧气的量来改变氧化镓带隙，并利用两种不同带隙的氧化镓制备了同质结光电探测器，克服了制备同质结探测器时Ga₂O₃p型掺杂的难题，为Ga₂O₃的能带调控和高性能Ga₂O₃同质结光电探测器的制备和研究奠定基础。

技术领域

本发明涉及光电器件制备领域，特别是指一种基于氧化镓能带调控的同质结光电探测器及其制备方法。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)作为一种超宽带隙半导体，由于其具有高击穿场，高热稳定性和化学稳定性以及高巴利加优值等特性，因此在电力电子、日盲光电探测器和传感器等领域引起了广泛关注。此外，对在不同条件下制备的Ga₂O₃样品进行研究，发现其带隙在4.4-5.1eV之间变化，对应于日盲区域中234-280nm的波长，使其适合日盲光检测。已有文献报道了各种基于Ga₂O₃的电子和光电器件，然而，如何提高基于Ga₂O₃设备的性能是阻碍其未来应用最具挑战性的问题之一。带隙工程是制备高性能半导体器件的一种基本方法，且被广泛接受。但是，带隙工程涉及合金化或掺杂，合金化或者掺杂过程中通常会发生成成分波动和相分离，这对带隙工程的可重复性和可控性提出了巨大挑战。Ga₂O₃的带隙在某种程度上取决于合成技术和条件，这为合金化或掺杂之外的Ga₂O₃带隙工程提供了有效途径。同质结减少了制备过程中两种半导体材料的晶格失配问题，提高了薄膜的结晶质量，减少了材料的缺陷态。所以利用同质结制备的光电探测器通常具有较高的光响应，较快的响应速度和较高的灵敏度等。Ga₂O₃由于在生长过程中引入的氧空位是一种本征n型半导体材料，况且很难实现稳定的p型掺杂。这也是制备Ga₂O₃同质结光电探测器所面临的巨大挑战。如果可以通过调控氧化镓的带隙制备出不同导带性能的Ga₂O₃，利用他们的带隙和载流子浓度的差异可以制备同质结器件，这将为制备Ga₂O₃同质结光电探测器提供新的路径。

发明内容

本发明的目的在于针对Ga₂O₃不能实现稳定p型掺杂限制同质结光电探测器制备的问题，提出了一种通过调控生长过程中氧气的量来改变氧化镓带隙，并利用两种不同带隙的氧化镓制备了同质结光电探测器。

本发明的技术方案是这样实现的：基于氧化镓能带调控的同质结光电探测器，包括绝缘的衬底，衬底上依次设有无定形Ga₂O₃薄膜和β相Ga₂O₃薄膜，无定形Ga₂O₃薄膜和β相Ga₂O₃薄膜上均设有接触电极。利用不同带隙和不同导带性能的两种Ga2O3即可构建成同质结光电探测器。

进一步地，无定形Ga₂O₃薄膜氧空位为48％以上，电阻率为6×10⁵Ω·m以下，厚度为100～200纳米。