一种镓酸锌紫外探测器及其制备方法

本发明属于半导体光电探测器，尤其涉及一种镓酸锌紫外探测器及其制备方法。

背景技术：

1、紫外探测器被广泛的应用于天文学、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信以及环境污染监测等领域。由于大气中臭氧层的吸收，使得地球表面几乎没有小于280nm的紫外光，这一光谱区域称为日盲波段，由于没有太阳光的干扰，使得工作在该波段的日盲紫外探测器具有高的灵敏度，可用于导弹预警等方面。因此日盲紫外探测器受到了人们广泛的关注。目前在军事和实际生活上应用的探测器主要以硅基紫外光电管和光电倍增管为主，但是二者体积笨重，功耗比较大，而且还需要自带滤光片，这些缺点在很大程度上限制了它们应用的推广。

2、镓酸锌材料是zno和ga2o3的复合氧化物，其中最常见的晶体结构是znga2o4，其具有尖晶石结构，属于直接带隙半导体，禁带宽度在4.4ev-5.0ev之间，在原理上可以应用于248nm-280nm范围内的紫外光电器件等领域。肖特基型器件可以避免持续光电导带来了响应速度变慢的问题，同时可以不使用外部电源工作。平面型肖特基器件容易导致电场分布不均匀，不利于大规模集成。而垂直结构的肖特基光电探测器由于两个电极之间的距离减小和载流子传输效率的提高而表现出显着的优势。

3、制备垂直肖特基器件，常常需要另外制备底电极，工艺复杂；如果选用导电si材料生长镓酸锌材料，可以直接使用si作为底电极，但是面临si和镓酸锌的晶格适配大，生长得到的镓酸锌薄膜质量不佳的问题。

4、此外单独的镓酸锌基紫外探测器性能提升有限，通过形成多重异质结结构有望实现器件性能进一步提升。但是多层异质结构的制备方法较难，对于垂直结构而言，还存在底部电极不易制备的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有技术存在的问题，本发明创造旨在提供一种新型结构的镓酸锌紫外探测器及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种镓酸锌紫外探测器，所述镓酸锌紫外探测器从下自上依次包括衬底，生长在衬底上的底部铂层，生长在所述底部铂层上的镓酸锌层，以及生长在所述镓酸锌层上的顶部导电层；

4、所述顶部导电层为顶部金属层或者顶部氧化铟锡层。

5、进一步的，所述衬底为 c-al2o3。

6、进一步的，所述底部铂层的择优生长晶向为[111]。

7、进一步的，所述镓酸锌层的择优生长晶向为[111]。

8、进一步的，所述顶部金属层中的金属选自al，ag，au，ti，ni或pt中的至少一种。

9、进一步的，所述底部铂层的厚度范围为10nm~200nm。

10、进一步的，所述镓酸锌层的厚度范围为50nm~1000nm。

11、本发明还提供一种根据本发明所述的镓酸锌紫外探测器的制备方法，所述制备方法包括步骤：

12、s1：在所述衬底上，通过第一次磁控溅射生长得到所述底部铂层；在惰性气氛下，进行第一次高温退火处理；

13、s2：通过有机金属化学气相沉积法，在经过高温退火处理后的底部铂层上生长所述镓酸锌层；降温后，在氧气气氛下，进行第二次高温退火处理；

14、s3：采用图形掩膜，进行第二次磁控溅射生长，得到所述顶部导电层；在惰性气氛下，进行第三次高温退火处理；得到所述镓酸锌紫外探测器。

15、进一步的，所述步骤s1中，所述第一次磁控溅射生长的过程中，生长腔的压力为0.1 pa ~1 pa，溅射功率为50 w ~120 w，溅射时间为10 min ~30 min；溅射的ar气流量为10 sccm ~40 sccm；

16、所述步骤s1中，所述惰性气氛通入ar气的流量为10 sccm ~100 sccm，所述第一次高温退火处理的温度范围为700℃~1000℃，退火的时间范围为0~20 min；

17、所述步骤s2中，通过有机金属化学气相沉积法生长所述镓酸锌层的过程中，生长的温度范围为500℃~800℃，生长室的真空度为2*102pa ~1*104pa；通入氧气的流速为100ml/min ~1000 ml/min；

18、所述步骤s2中，生长所述镓酸锌层时，同时通入镓源和锌源；所述镓源为三甲基镓或者三乙基镓，所述锌源为二乙基锌；通入所述镓源的管路的载气流速为1 ml/min ~20ml/min，通入所述锌源的管路的载气流速为1 ml/min ~20 ml/min；生长所述镓酸锌层的时间为0.5小时~5小时；

19、所述步骤s2中，所述降温包括以0.1℃/min~50℃/min的降温速率降至室温；所述氧气气氛通入o2气的流量为10 sccm ~100 sccm，所述第二次高温退火处理的温度范围为600℃~800℃，退火的时间范围为0~90 min；

20、所述步骤s3中，所述第二次磁控溅射生长的过程中，生长腔的压力为0.1 pa ~1pa，溅射功率为50 w ~120 w，溅射时间为10 min ~30 min；溅射的ar气流量为10 sccm ~40sccm；

21、所述步骤s3中，所述惰性气氛通入ar气的流量为10 sccm ~100 sccm，所述第三次高温退火处理的温度范围为700℃~1000℃，退火的时间范围为0~90 min。

22、进一步的，所述步骤s2中，通过有机金属化学气相沉积法生长所述镓酸锌层的过程中，先进行预处理；通过所述预处理使得所述底部铂层表面形成微量铂氧化物；

23、所述预处理包括先通入氧气，不通入镓源和锌源，升温到指定温度；预处理时间范围为0 min~60 min。

24、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

25、本发明创造所述的镓酸锌紫外探测器及其制备方法，可以保证制得的镓酸锌层致密平整，易于制备底部电极形成垂直型器件，制备工艺简单，反应过程容易控制；制得的器件响应度高，暗电流低，响应时间短，结构为垂直型肖特基器件或者垂直型msm器件，肖特基器件可以在 0v电压下工作；为制备高性能日盲紫外光探测器提供了便捷有效的手段。

技术特征：

1.一种镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述镓酸锌紫外探测器从下自上依次包括衬底，生长在衬底上的底部铂层，生长在所述底部铂层上的镓酸锌层，以及生长在所述镓酸锌层上的顶部导电层；

2.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述衬底为c-al2o3。

3.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述底部铂层的择优生长晶向为[111]。

4.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述镓酸锌层的择优生长晶向为[111]。

5.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述顶部金属层中的金属选自al，ag，au，ti，ni或pt中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述底部铂层的厚度范围为10nm~200nm。

7.根据权利要求1所述的镓酸锌紫外探测器，其特征在于：所述镓酸锌层的厚度范围为50nm~1000nm。

8.一种根据权利要求1～7任意一项所述的镓酸锌紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括步骤：

9.根据权利要求8所述的镓酸锌紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述第一次磁控溅射生长的过程中，生长腔的压力为0.1 pa ~1 pa，溅射功率为50 w ~120w，溅射时间为10 min ~30 min；溅射的ar气流量为10 sccm ~40 sccm；

10.根据权利要求9所述的镓酸锌紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，通过有机金属化学气相沉积法生长所述镓酸锌层的过程中，先进行预处理；通过所述预处理使得所述底部铂层表面形成微量铂氧化物；

技术总结本发明涉及半导体光电探测器技术领域，尤其涉及一种镓酸锌紫外探测器及其制备方法，所述镓酸锌紫外探测器从下自上依次包括衬底，生长在衬底上的底部铂层，生长在所述底部铂层上的镓酸锌层，以及生长在所述镓酸锌层上的顶部导电层；本发明的方案可以保证制得的镓酸锌层致密平整，易于制备底部电极形成垂直型器件，制备工艺简单，反应过程容易控制；制得的器件响应度高，暗电流低，响应时间短，结构为垂直型肖特基器件或者垂直型MSM器件，肖特基器件可以在0V电压下工作；为制备高性能日盲紫外光探测器提供了便捷有效的手段。技术研发人员：陈星,刘可为,申德振受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29