[发明专利]一种深紫外非晶氧化镓光电探测器及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种深紫外非晶氧化镓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非晶氧化镓薄膜，得到薄膜样品；(2)依次采用紫外光刻法和磁控溅射法在所述薄膜样品的薄膜一侧表面制备叉指电极，得到深紫外非晶氧化镓光电探测器；其中，步骤(1)所述脉冲激光沉积法的氧气分压为0.13‑1.3Pa。所述光电探测器包括依次设置的衬底、非晶氧化镓薄膜和叉指电极；所述应用包括分析测试、环境监测、工业自动化控制、空间通信和导弹跟踪领域。本发明提供的光电探测器克服了同质衬底昂贵，异质衬底热失配大的问题，同时提升了器件信噪比和响应速度，简化了制备方法并适应于工业生产应用。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种光电探测器，尤其涉及一种深紫外非晶氧化镓光电探测器及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着信息技术尤其是物联网技术的快速发展和广泛应用，光电探测器的应用拓展至更广领域，因此对其性能也有了更高要求。深紫外光电探测器可探测波长为200-300nm的紫外线，小于这一波段的紫外线在通过大气层时会被臭氧吸收，在地球表面几乎不存在这一波段的紫外线，因此深紫外光电探测器在工作时几乎不会受到来自太阳光的干扰，探测器的抗干扰能力很强，探测的精度和灵敏度也较高，广泛应用于紫外通讯、医学成像、电网安全监测、火焰探测、野外搜救等民用领域，还可应用于保密通讯、预警与精确制导等国防领域。

最初的深紫外探测器采用的是光电倍增管，高灵敏度和低噪声的特点使其可用来检测微弱光信号，但是倍增管体积大、易碎、稳定性不好，并且需要较大的偏置电压，因此在应用方面受到很多限制。对于传统的半导体材料，常见的做法是利用封装工艺在硅和锗等材料上增加滤光片，将响应波长限制在深紫外波段，但是由此便增加了器件的体积和成本，并且器件的耐高温高压性能也较差。

随着半导体材料的发展，人们逐渐开始采用宽禁带半导体材料作为深紫外光电探测器的光敏材料，宽禁带半导体有许多优点，比如禁带宽度大、因其固有的深紫外吸收特性而不需要额外增加滤光片、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及较高的化学稳定性和耐辐射性等。基于宽禁带半导体材料制作的深紫外探测器会直接响应紫外光子信号，无需增设其它复杂昂贵的光学元件，因此具有体积小、稳定性高、可集成与量子效率高等诸多优点。

近年来，已经有各种各样的宽禁带半导体被用于研究设计深紫外光电探测器，包括AlGaN、ZnMgO、Ga₂O₃和金刚石等，但是金刚石的带隙过宽为5.5eV，实际响应波长小于225nm，因此探测效率很低；AlGaN和MgZnO这类三元合金材料可以通过调节元素之间的比例对带隙宽度进行调控，但是制备都很困难，并且AlGaN中Al和Ga迁移率不同，成分不均一，MgZnO容易发生相分离，也导致其很难制备。

氧化镓(Ga₂O₃)具有五种同分异构体：α，β，γ，δ，ε-Ga₂O₃，其中β相是最稳定的晶相，禁带宽度约为4.9eV，对应的紫外波长为254nm，无需进行能带调控，且其在吸收边附近的吸收系数高达10⁵cm^-1，电子迁移率高达300cm²/Vs，介电常数高达10，最高可耐受8MV/cm的击穿电场，是一种非常理想的深紫外探测材料，能够在严苛条件下实现器件的应用，因此目前的研究主要集中在β相氧化镓薄膜。但是β-Ga₂O₃也面临着同质衬底昂贵，异质衬底热失配大的问题，导致不同衬底和不同方法制得的β-Ga₂O₃探测器性能差异较大。

由此可见，如何提供一种氧化镓光电探测器及其制备方法，克服同质衬底昂贵，异质衬底热失配大的问题，同时提升器件信噪比和响应速度，简化制备方法并适应于工业生产应用，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