[发明专利]一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)采用脉冲激光沉积法在衬底的表面制备单晶氧化镓薄膜，得到薄膜样品；(2)将步骤(1)所得薄膜样品进行退火处理；(3)在步骤(2)所得薄膜样品的薄膜一侧表面制备叉指电极，得到单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器。所述光电探测器包括依次设置的衬底、单晶氧化镓薄膜和叉指电极。本发明提供的方法降低了制备难度与生产成本的同时实现了氧化镓晶相与形貌可控，提升了光电检测器的灵敏度和响应速度。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种日盲紫外光电探测器，尤其涉及一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法与应用。

背景技术

光电探测器是最重要的光电器件之一，通过光电信号的转换来进行感知。在国民经济的各个领域都有着广泛的应用，如光度计量、射线测量和探测、生物医学测试分析、工业自动化控制、森林及农田火灾预警、天文气象和环保检测、空间通讯、光谱校准和可视化等诸多领域。近几年，紫外探测尤其是日盲紫外波段(200-280nm)的探测也引起了人们广泛的关注，在紫外制导、紫外通讯、野外搜救、无人机电力巡线、智能电网通讯监测、交通运输破雾引航、井下通信等方面有着广阔的应用前景，尤其是军事应用领域在精确制导、预警和保密通讯方面的应用，对高灵敏度、快速响应的日盲紫外光电探测器的需求日益迫切。

目前，在宽带隙半导体中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料，被公认为是未来用于电子电力领域的杰出材料。相较于第一代半导体材料如硅、锗等，后续发展的第二代半导体材料如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物可以保证功率转换系统中的能源效率更高，可适用于发光器件和微波、毫米波器件的制造，并广泛应用于通讯与互联网领域。随着半导体行业的发展，传统半导体材料制备的电子器件在功率、能耗以及尺寸等方面均已无法满足当今行业需求，因此，第三代半导体材料如SiC和GaN便应运而生。

与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料的禁带宽度更大、热稳定性更好、击穿电压更高、抗辐射能力更强，在光电探测、航空航天以及国防等领域均具有巨大的发展潜力。然而由于第三代半导体材料的禁带宽度小于4eV，使得这些材料虽然在可见光区域内高度透明，但是在紫外光区域内透明度较低，甚至不透明。

β-Ga₂O₃的带隙为4.8eV对应于日盲区波段，因而在紫外探测器领域具有极大的应用潜力。已报道的β-Ga₂O₃紫外探测器件已显示出高光响应度和量子效率、低暗电流等优异性能，是满足高灵敏紫外探测的优选材料，有望实现高增益、低噪声、快速响应的深紫外响应特性。β-Ga₂O₃是Ga₂O₃众多晶相中最稳定的晶相，其他晶相在650-900℃下都会转变为β-Ga₂O₃，良好的热稳定性使得β-Ga₂O₃可相对容易地获得体单晶和外延薄膜。然而常规制备方法如磁控溅射、金属有机气相沉积与分子束外延等均存在各自不同的问题，如单晶生长所需温度过高，薄膜生产周期过长，难以实现大规模生产，设备昂贵，维修成本高等。

由此可见，如何提供一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法，降低制备难度与生产成本的同时实现晶相与形貌可控，提升光电检测器的灵敏度和响应速度，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法与应用，所述制备方法降低了制备难度与生产成本，实现了氧化镓晶相与形貌可控，提升了光电检测器的灵敏度和响应速度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种单晶氧化镓基日盲紫外光电探测器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：