本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測器，尤其涉及一種聲表面波紫外探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、日盲紫外光電探測器在保密通信、火災(zāi)預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。近年來由寬禁帶半導(dǎo)體構(gòu)建的日盲紫外光電探測器的發(fā)展取得了重大進(jìn)展。這些全固態(tài)光電探測器被認(rèn)為是光電倍增管的替代品，但其存在工作電壓高、易碎和外部光學(xué)濾波器的限制?？捎玫膸冻^4.4?ev的寬禁帶半導(dǎo)體包括合金化mgzno（3.35~7.8?ev），合金化algan（3.4~6.2?ev），和氧化鎵ga2o3（4.5~4.9?ev）。氧化鎵因其具有超寬的帶隙和顯著的熱、化學(xué)穩(wěn)定性而備受關(guān)注。氧化鎵有 α相、 β相、 γ相、 δ相、 ε相、 κ相等6種不同的晶相結(jié)構(gòu)， ε相氧化鎵是僅次于 β相氧化鎵的亞穩(wěn)相。 ε相氧化鎵與 β相氧化鎵相比，具有相近的寬禁帶（~4.9ev）、較高的晶格對稱性、較低的各向異性和較低的生長溫度?？紤]到 ε相氧化鎵獨(dú)特的壓電特性（壓電系數(shù)為0.94?c/m2）和鐵電特性（剩余極化強(qiáng)度為5~6?μc/cm）可以同時作為壓電層和光敏層，利用聲表面波傳播提升探測器性能成為可能。

2、聲表面波是在叉指電極之間施加交變電壓時沿壓電材料表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?。聲表面波器件可以通過聲-電效應(yīng)與伴隨的聲表面波傳播的壓電場進(jìn)行相互作用。研究表明，聲表面波可以促進(jìn)光生載流子的分離，并抑制電子-空穴復(fù)合，同時這種調(diào)制并沒有導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)或組成的改變或惡化。此外， ε相氧化鎵有著明顯低于其他常規(guī)壓電材料的相對介電常數(shù) εr=3.6，可以高效進(jìn)行電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。因此，綜合考慮后認(rèn)為基于 ε相氧化鎵的聲表面波紫外探測器可能滿足人們對高性能紫外探測的需求。

3、近年來人們致力于開發(fā)高性能的 ε相氧化鎵薄膜日盲探測器，但是同時實(shí)現(xiàn)低暗電流、高比探測率、高紫外-可見抑制比和快速響應(yīng)速度仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。 ε相氧化鎵薄膜中存在大量氧空位是導(dǎo)致上述問題的原因之一。氧氣下的熱退火是鈍化 ε相氧化鎵中氧空位缺陷的常用方法之一。然而， ε相氧化鎵的亞穩(wěn)態(tài)特性使得高溫氧退火工藝很難完全抑制氧空位缺陷對其光電探測性能的不利影響。一些研究結(jié)果表明，在氧化鎵中引入雜質(zhì)可以顯著抑制氧空位缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)通過在 ε相氧化鎵薄膜摻雜zn提高了 ε相氧化鎵亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量和穩(wěn)定性，抑制了氧空位的形成，使得制備得的摻zn的 ε相氧化鎵薄膜m-s-m（金屬-氧化物-金屬）結(jié)構(gòu)的光電探測器的性能得以提升。此外，有人提出將薄層氧化鋁作為覆蓋層這一方法，可以有效地鈍化外延 ε相氧化鎵薄膜的表面缺陷，以此大幅提高光電探測器的性能。通過引入氧化鋁層， ε相氧化鎵m-s-m結(jié)構(gòu)的光電探測器的暗電流顯著降低了3個數(shù)量級以上，光電流和響應(yīng)速度同時得到提高。這些方法雖然可行，但無疑增加了生產(chǎn)成本、提升了生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供一種聲表面波紫外探測器及其制備方法。

2、本發(fā)明第一目的在于提供一種聲表面波紫外探測器，包括自下而上設(shè)置的襯底、 ε相氧化鎵層和金屬電極層；

3、所述金屬電極層包括對稱設(shè)置的兩組換能器和反射柵，一端的換能器用于接收射頻信號，另一端的換能器用于接直流偏置電壓；所述換能器為均勻換能器或非均勻換能器；所述反射柵為短路反射柵或開路反射柵。

4、優(yōu)選的，金屬電極層厚度為50~500?nm；所述金屬電極層的材料為鉬、鎳、金、鈦、鋁或鉑中的至少一種；所述金屬電極層被激發(fā)的聲表面波的頻率波段為甚高頻波段30~300mhz。

5、優(yōu)選的， ε相氧化鎵層的厚度為0.1~10?μm。

6、優(yōu)選的， ε相氧化鎵層的厚度為300?nm；所述襯底為藍(lán)寶石。

7、優(yōu)選的，換能器為均勻換能器；所述換能器的叉指寬度 a和叉指間距 p相等，對應(yīng)的諧振聲波波長 λ=4 a=4 p；所述換能器的叉指指長為50~60?μm。

8、優(yōu)選的，換能器的叉指寬度 a=5?μm，叉指對數(shù)為100。

9、優(yōu)選的，反射柵為短路反射柵，短路反射柵條數(shù)為60。

10、本發(fā)明第二目的在于提供一種聲表面波紫外探測器的制備方法，具體包括如下步驟：

11、s1.對襯底進(jìn)行清洗，清洗后將襯底放置于金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積反應(yīng)腔室中；

12、s2.在襯底上進(jìn)行 ε相氧化鎵層的生長；

13、s3.在 ε相氧化鎵層上涂抹光刻膠，光刻膠上方覆蓋掩模版，進(jìn)行前烘、曝光、后烘、顯影；刻蝕光刻膠未被掩模版遮蓋的區(qū)域，制作金屬電極圖案；

14、s4.采用電子束沉積的方法，在金屬電極圖案區(qū)域上沉積金屬；

15、s5.進(jìn)行剝離工藝，剝離后得到金屬電極層，完成聲表面紫外波探測器制備。

16、優(yōu)選的，步驟s2中 ε相氧化鎵薄膜的生長溫度為600~650?℃，生長時間為150~200分鐘，生長壓強(qiáng)為800~900?pa。

17、優(yōu)選的，步驟s1中，反應(yīng)腔室中反應(yīng)的有機(jī)源鎵源為三乙基鎵，有機(jī)源冷阱溫度設(shè)定為8~15?℃，有機(jī)源鎵源的載氣流量為5~5.5?sccm，氧氣流量為500?sccm；所述步驟s4中的沉積金屬靶材為鉑，沉積時間為20分鐘。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

19、本發(fā)明提出了一種基于 ε相氧化鎵薄膜的聲表面波探測器，通過金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（mocvd）技術(shù)在c面藍(lán)寶石襯底上生長高質(zhì)量 ε相氧化鎵薄膜，并在薄膜表面制備金屬電極，構(gòu)建一種聲表面波紫外探測器，利用聲表面波的聲-電效應(yīng)和壓電效應(yīng)的相互作用，提升 ε相氧化鎵光電探測器的性能。優(yōu)點(diǎn)在于：一方面無需對 ε相氧化鎵薄膜引入摻雜、表面處理或者高溫退火等技術(shù)手段；另一方面，換能器一端用于接收rf信號，換能器所激發(fā)的聲表面波在 ε相氧化鎵薄膜層中傳播，傳播到反射柵時，選擇性地增強(qiáng)特定頻率的聲表面波。利用聲表面波可以促進(jìn)光生載流子的分離，抑制電子-空穴復(fù)合的優(yōu)勢從而有效的提升探測器性能。