本發(fā)明涉及光電探測器領(lǐng)域，特別涉及一種ga2o3基內(nèi)嵌式電極日盲紫外光電探測器。

背景技術(shù)：

1、深紫外(duv)光電探測器可應(yīng)用于導(dǎo)彈跟蹤、火焰探測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，越來越受到重視。duv光電探測器的最大優(yōu)勢是檢測微弱信號的準(zhǔn)確性，因為duv輻射(200-280nm)在近地大氣中幾乎不存在。在過去的幾十年中，包括algan、znmgo、金剛石和β-ga2o3在內(nèi)的寬禁帶材料已被用于制造duv光電探測器。其中，β-ga2o3具有帶隙更大、物理穩(wěn)定性更好、擊穿電場更高的優(yōu)點，各種形式的β-ga2o3材料(納米線、納米棒陣列、薄膜和塊體)已被廣泛研究用于制造duv光電探測器。從實用性的角度來看，薄膜材料在企業(yè)生產(chǎn)中比納米材料和塊體更容易制備，并且適用于器件制造過程。許多研究者將注意力集中在利用β-ga2o3薄膜制備高性能duv光電探測器上。

2、到目前為止，利用β-ga2o3薄膜制備高性能duv光電探測器仍然是一個挑戰(zhàn)。影響基于β-ga2o3薄膜的duv光電探測器性能的因素很多，包括襯底的預(yù)處理、β-ga2o3的晶體質(zhì)量、β-ga2o3薄膜的厚度、薄膜電極的結(jié)構(gòu)和尺寸、金屬電極和β-ga2o3的接觸條件等。在這些因素中，電極的種類和結(jié)構(gòu)對β-ga2o3的電學(xué)和光學(xué)性能影響顯著，是提高光電探測器性能的重要因素之一。msm型光電探測器具有制造簡單、背靠背肖特基勢壘產(chǎn)生的暗電流低、響應(yīng)速度快及與傳統(tǒng)微型制造工藝兼容等優(yōu)點。

3、眾所周知，msm型光電探測器的高性能通常需要一個快速響應(yīng)時間，然而，它往往受到msm結(jié)構(gòu)中光生載流子的傳輸時間的限制。為了克服這一缺陷，已經(jīng)提出并實施了一些策略，如在材料中引入高密度重組中心，縮小電極間距，以及減小活性層的厚度。這些方法結(jié)合納米加工技術(shù)可以獲得超快的光電探測器，但是這些器件也可能導(dǎo)致較差的響應(yīng)性。事實上，采用新的電極結(jié)構(gòu)是解決這一局限性的一種替代方法。這些傳統(tǒng)的msm型光電探測器通常使用平面電極，這可能導(dǎo)致光吸收區(qū)域非均勻的電場分布。平面型msm型光電探測器中的電場隨深度的增加而減小，從而導(dǎo)致活性層深部光生載流子的收集時間增加。與傳統(tǒng)的平面電極相比，部分或全部嵌入到半導(dǎo)體材料中的內(nèi)嵌式電極能夠有效地增強器件內(nèi)部的電場。然而，電極往往采用au、ag以及pt等金屬材料，采用內(nèi)嵌式電極后續(xù)生長氧化鎵薄膜過程中，需要在氧氣氛圍中沉積氧化鎵，金屬電極會被氧化，且高溫退火環(huán)境下，金屬會進一步往有缺陷的溝道材料上擴散，降低器件的開關(guān)比。因此，采用化學(xué)和熱穩(wěn)定性更好的導(dǎo)電金屬氧化物來代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料作為光電探測器的電極，有其獨特的優(yōu)勢。采用金屬氧化物嵌入式電極為改善msm型光電探測器的光電特性提供了一個有希望的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決由平面金屬電極結(jié)構(gòu)制造的msm型ga2o3日盲紫外光探測器中活性層內(nèi)不均勻電場對光生電子-空穴對的分離或收集造成的不利影響，本發(fā)明提供一種ga2o3基內(nèi)嵌式電極日盲紫外光電探測器，旨在通過金屬氧化物嵌入式電極來改善msm型光電探測器的光電特性，獲得制備方法簡單、生長條件可控性強且性能優(yōu)異的日盲紫外光電探測器。

2、為了實現(xiàn)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種ga2o3基內(nèi)嵌式電極日盲紫外光電探測器，其特點在于：所述光電探測器是以c面藍寶石為基底，在所述基底表面沉積有叉指電極結(jié)構(gòu)的圖案化srruo3薄膜作為內(nèi)嵌式電極，所述叉指電極結(jié)構(gòu)包括正、負兩電極條，在兩電極條之間形成有多個叉指對；在圖案化srruo3薄膜上沉積有g(shù)a2o3薄膜作為光吸收層。

4、進一步地，所述ga2o3薄膜的厚度為130-160nm、所述圖案化srruo3薄膜的厚度為50-70nm。

5、進一步地，所述ga2o3薄膜與所述圖案化srruo3薄膜皆采用脈沖激光分子束外延(l-mbe)技術(shù)原位沉積得到。由于材料之間晶格失配度的原因，沉積在圖案化srruo3薄膜上的ga2o3薄膜為a-ga2o3，沉積在相鄰叉指之間的間距處的藍寶石基底上的ga2o3薄膜為β-ga2o3。所制備光電探測器的光敏區(qū)為處在相鄰叉指之間的間距處的β-ga2o3薄膜，而處于srruo3薄膜上面的a-ga2o3薄膜則對器件的光響應(yīng)幾乎沒有貢獻。

6、進一步地，所述叉指電極結(jié)構(gòu)的指間距和寬度為30-100μm，叉指長度為1-3mm。

7、本發(fā)明選用單拋c面藍寶石(α-al2o3)作為襯底，因其在可見光波長范圍內(nèi)有著良好的透過性、熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性，且機械強度高，生產(chǎn)工藝成熟，制造成本低。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述單拋c面藍寶石的厚度為0.5mm，總厚度偏差、彎曲度和翹曲度均小于10μm。

8、本發(fā)明選用具有金屬導(dǎo)電性的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物srruo3(簡稱sro)作為電極，其室溫電阻率為280μω·cm，具有高電導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

9、本發(fā)明選用ga2o3薄膜作為光吸收層，是一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體，室溫下的禁帶寬度約為4.9ev。

10、本發(fā)明所述ga2o3基內(nèi)嵌式電極日盲紫外光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

11、步驟1：使用脈沖激光分子束外延系統(tǒng)在c面藍寶石基底上沉積叉指電極結(jié)構(gòu)的圖案化srruo3薄膜，沉積條件為：激光頻率5hz，激光能量300mj，氧壓10pa，沉積溫度600℃，沉積結(jié)束后升溫至650℃并恒溫退火30min；

12、步驟2：使用脈沖激光分子束外延系統(tǒng)在srruo3薄膜上沉積ga2o3薄膜，沉積條件為：激光頻率3hz，激光能量400mj，氧壓3×10-2pa，沉積溫度750℃，沉積結(jié)束后升溫至800℃并恒溫退火30min。

13、本發(fā)明通過xrd測試篩選了srruo3薄膜與ga2o3薄膜的沉積條件，發(fā)現(xiàn)激光頻率、激光能量、氧壓、沉積溫度、退火溫度等條件皆會對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量產(chǎn)生影響，在上述工藝條件下所得srruo3薄膜與ga2o3薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最優(yōu)。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

15、(1)本發(fā)明設(shè)計并構(gòu)建了一種具有內(nèi)嵌式電極結(jié)構(gòu)的光電探測器件，提出了一種通過在藍寶石襯底上圖案化沉積srruo3制備導(dǎo)電氧化物叉指電極，隨后在其上選擇性外延生長ga2o3薄膜制備嵌入式電極結(jié)構(gòu)msm光探測器的新方法，為改善msm型光電探測器的光電特性提供了一個有希望的解決方案。

16、(2)本發(fā)明設(shè)計的ga2o3基內(nèi)嵌式電極日盲紫外光電探測器具有優(yōu)異的日盲紫外光探測性能，較低暗電流，優(yōu)異的紫外-可見抑制比，此外，該裝置具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，響應(yīng)速度快。嵌入到半導(dǎo)體材料中的電極能夠有效地增強器件內(nèi)部的電場，從而縮短光載流子的傳輸距離，進而顯著提高光電流。

17、(3)本發(fā)明的器件制備過程簡單易行，采用激光分子束外延技術(shù)沉積制備，生長條件可控性強，薄膜厚度精確可控、所得薄膜致密性高、各層薄膜接觸良好，制備過程中受外界環(huán)境因素影響小、重復(fù)性強，方法簡單，與現(xiàn)行的半導(dǎo)體工藝有良好的兼容性，易于實現(xiàn)器件在現(xiàn)有集成電路芯片上的集成。