CN110556452B - 一种日盲光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种日盲光电探测器的制备方法，包括：S1，以氩气为载气，三乙基镓和氧气为反应前驱物，在衬底上生长氧化镓，以得到第一相混合第二相的初级氧化镓晶片；S2，在所述初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，并在所述旋涂紫外光刻胶初级氧化镓晶片上刻蚀出电极区域；S3，在所述电极区域生长金属电极；S4，去除所述紫外光刻胶。另一方本公开提供了一种日盲光电探测器。本申请中的日盲光电探测器采用混合相氧化镓为主要组成部分，该混合相氧化镓具有低暗流，高响应度等优点。另，使用金属有机物化学气相沉积法制备氧化镓外延层，这种方法具有可大规模生产、对产物质量的调控能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种日盲光电探测器及其制备方法。
背景技术
日盲指波长范围在200-280nm的紫外光，日盲光电探测器具有背景干扰小等优点，在告警、制导等领域具有广阔的应用前景。氧化镓是天然的日盲探测材料，其禁带宽度直接对应日盲波段。当日盲光照射在氧化镓上，氧化镓价带内的电子吸收光后发生跃迁，使回路中总电流增大，从而实现日盲光的探测。氧化镓共有五种相，分别为α、β、ε、δ、γ相。为了制备氧化镓日盲光电探测器，通常使用雾化化学气相沉积、氢化物气相外延、磁控溅射等手段在蓝宝石、硅片等各种衬底上制备β相或α相氧化镓单晶以及非晶相氧化镓。再经过旋涂光刻胶，紫外光刻，通过磁控溅射、电子束蒸发等方法生长金属，去除光刻胶等步骤在氧化镓表面生长梳状电极。电极的材料一般为钛和金。使用雾化化学气相沉积、氢化物气相外延、磁控溅射等技术生长氧化镓，限制了其大规模生产，无法精确调控氧化镓薄膜的生长速率和质量。同时，现有的氧化镓日盲光电探测器一般采用单晶、非晶等均相材料，由于生长技术的限制，材料质量不高，致所制日盲光电探测器暗电流较大且响应度不高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本发明提供了一种日盲光电探测器及其制备方法，该日盲光电探测器具有低暗流，高响应度等优点。
(二)技术方案
本公开第一方面，提供了一种日盲光电探测器的制备方法，包括：S1，以氩气为载气，三乙基镓和氧气为反应前驱物，在衬底上生长氧化镓，以得到第一相混合第二相的初级氧化镓晶片；S2，在初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，并在旋涂紫外光刻胶初级氧化镓晶片上刻蚀出电极区域；S3，在电极区域生长钛和金以形成电极；S4，去除紫外光刻胶。
可选地，第一相为α相，第二相位ε相。
可选地，采用金属有机物化学气相沉积法在衬底上生长氧化镓。
可选地，步骤S1还包括，以60ml/min的速率向反应气氛中送入氯化氢气体。
可选地，步骤S1中在衬底上生长氧化镓的过程中反应温度为600℃，气压为19.5kPa，反应时间为1小时。
可选地，步骤S2中采用紫外光刻工艺在初级氧化镓晶片上刻蚀电极区域。
可选地，步骤S3中采用电阻束蒸发技术在电极区域先后生长钛和金，铬和金，镍和金，或纯金中的一种组合。
可选地，若金属电极为钛和金，铬和金，或镍和金组合中的一种，则所述钛、铬或镍的厚度为10～30nm，所述金的厚度为20～80nm，若所述金属电极为纯金，则所述金的厚度为30～110nm。
本公开第一方面，提供了一种日盲光电探测器，包括：衬底；氧化镓层，其生长于上述衬底上，其成分为第一相混合第二相的氧化镓；金属电极，其设于上述氧化镓层的表面。
可选地，金属电极由氧化镓层表面向外依次为钛和金，铬和金，镍和金，或纯金组合中的一种。
(三)有益效果
本发明提供了一种日盲光电探测器及其制备方法，本申请中的日盲光电探测器采用混合相氧化镓为主要组成部分，该“嵌入”结构的混合相氧化镓具有低暗流，高响应度等优点。另，使用金属有机物化学气相沉积法制备氧化镓外延层，这种方法具有可大规模生产、对产物质量的调控能力强等优点。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例的日盲光电探测器的结构图；
图2示意性示出了本公开实施例的日盲光电探测器的断面扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本公开提供了一种制备具有低暗电流、高响应度等优点的氧化镓日盲光电探测器，其核心在于具有“嵌入”结构的混合相氧化镓的使用。
本公开第一方面，提供了一种日盲光电探测器的制备方法，包括：S1，以氩气为载气，三乙基镓和氧气为反应前驱物，在所述衬底上生长氧化镓，以得到第一相混合第二相的初级氧化镓晶片；S2，在上述初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，并在上述初级氧化镓晶片上刻蚀出电极区域；S3，在上述电极区域生长钛和金以形成电极；S4，去除紫外光刻胶。以下将以一具体实施例为例对该制备方法进行详细介绍。
S1，以氩气为载气，三乙基镓和氧气为反应前驱物，在衬底上生长氧化镓，以得到第一相混合第二相的初级氧化镓晶片。
例如，该衬底为C面蓝宝石，以三乙基镓和氧气为反应前驱物，氩气作为载气，通过金属有机物化学气相沉积法在C面蓝宝石表面生长氧化镓。上述整个反应过程在反应腔中进行，反应过程中使得反应腔内的温度控制在600℃左右，气压保持在19.5kPa左右。在反应的同时，以60ml/min的速率向反应腔中送入氯化氢气体，以促进氧化镓的相变，反应控制在1小时左右。最终得到的氧化镓以α相为主，同时在其表面存在一些嵌入的α相区域的ε相晶粒，如图1所示，其中，最下部的为蓝宝石衬底，其上为α相氧化镓薄膜，在该氧化镓薄膜上镶嵌着ε相氧化镓晶粒。图2为该初级氧化镓晶片的断面扫描电镜图，可以看出嵌入的ε相晶粒与α相区域的分界面十分明显，图片底部的黑色区域是蓝宝石衬底。其中，氧化镓共有五种相，分别为α、β、ε、δ、γ相，本发明中的α相区域嵌入ε相晶粒只是示例，在实际混合相中可以存在α相与β相混合，ε相与β相混合，亦或采用均匀混合也在本发明的保护范围之内。
S2，在上述初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，并在该初级氧化镓晶片上刻蚀出电极区域。
在上述初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，采用紫外光刻工艺将预先准备好的掩膜板上的梳状电极图形转移至该紫外光刻胶表面，刻蚀该紫外光刻胶以使后续制备电极的电极区域暴露出氧化镓表面。
S3，在上述电极区域生长金属电极。
该金属电极可以为钛和金，铬和金，镍和金，或纯金中的一种组合。可以使用电子束蒸发技术先后在氧化镓表面生长钛和金，铬和金，镍和金，或纯金。若所述金属电极为钛和金，铬和金，或镍和金中的一种组合，则所述钛、铬或镍的厚度为10～30nm，所述金的厚度为20～80nm。若所述金属电极为纯金，则所述金的厚度为30～110nm。
S4，除去光刻胶。该日盲光电探测器制备完成。
另一方面，本发明还提供了一种日盲光电探测器，包括：
衬底。
例如，衬底优选为蓝宝石或硅。
氧化镓层，其生长于上述衬底上，其成分为第一相混合第二相的氧化镓。
具体的，氧化镓共有五种相，分别为α、β、ε、δ、γ相，第一相混合第二相为可以α相混合ε相、α相混合β相，ε相混合β相，亦或采用均匀混合等方式。
例如，若该衬底为C面蓝宝石，以三乙基镓和氧气为反应前驱物，氩气作为载气，通过金属有机物化学气相沉积法在C面蓝宝石表面生长氧化镓。上述整个反应过程在反应腔中进行，反应过程中使得反应腔内的温度控制在600℃左右，气压保持在19.5kPa左右。在反应的同时，以以60～ml/min的速率向反应腔中送入氯化氢气体，以促进氧化镓的相变，反应控制在1小时左右。最终得到的氧化镓以α相为主，同时在其表面存在一些嵌入的α相区域的ε相晶粒的氧化镓。
金属电极，其设于上述氧化镓层的表面。
该金属电极的材料为钛和金，铬和金，镍和金，或纯金中的一种。若金属电极为钛和金，铬和金，或镍和金中的一种组合，则钛、铬或镍的厚度为10～30nm，金的厚度为20～80nm。若金属电极为纯金，则金的厚度为30～110nm。例如，由氧化镓层表面向外依次可以为20nm厚的钛和60nm厚的金。
对该日盲光电探测器进行电学和光学测试，使用该嵌入结构混合相氧化镓制备的日盲光电探测器具有81飞安的超低暗电流，21安每瓦的较高响应度，其性能优于基于均相氧化镓制备的日盲光电探测器。
综上所述，本发明使用金属有机物化学气相沉积法制备氧化镓外延层，该方法具有可大规模生产、对产物质量的调控能力强等优点。得到的氧化镓外延层具有“嵌入”型的独特混合相结构，使得基于其构建的日盲光电探测器具有超低的暗电流和较高的响应度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种日盲光电探测器的制备方法，包括：
S1，以氩气为载气，三乙基镓和氧气为反应前驱物，并向反应气氛中送入氯化氢气体，在衬底上生长氧化镓，以得到第一相混合第二相的初级氧化镓晶片；
其中，采用金属有机物化学气相沉积法在所述衬底上生长氧化镓；
所述第一相的含量大于所述第二相的含量，所述第二相嵌入所述第一相中；
S2，在所述初级氧化镓晶片上旋涂紫外光刻胶，并在所述旋涂紫外光刻胶的初级氧化镓晶片上刻蚀出电极区域；
S3，在所述电极区域生长金属电极；
S4，去除所述紫外光刻胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述第一相为α相，所述第二相位ε相。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，所述向反应气氛中送入氯化氢气体包括：
以60ml/min的速率向反应气氛中送入所述氯化氢气体。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，所述步骤S1中在所述衬底上生长氧化镓的过程中反应温度为600℃，气压为19.5kPa，反应时间为1小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，所述步骤S2中采用紫外光刻工艺在所述初级氧化镓晶片上刻蚀电极区域。
6.根据权利要求1所述的制备方法，所述步骤S3中采用电阻束蒸发技术在所述电极区域先后生长钛和金，铬和金，镍和金，或纯金组合中的一种，以形成所述金属电极。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，若所述金属电极为钛和金，铬和金，或镍和金中的一种组合，则所述钛、铬或镍的厚度为10～30nm，所述金的厚度为20～80nm；若所述金属电极为纯金，则所述金的厚度为30～110nm。
8.一种日盲光电探测器，包括：
衬底；
氧化镓层，其生长于所述衬底上，其成分为第一相混合第二相的氧化镓，其中，所述第一相的含量大于所述第二相的含量，所述第二相嵌入所述第一相中，所述第一相为α相，所述第二相为ε相；
金属电极，其设于所述氧化镓层的表面。
9.根据权利要求8所述的日盲光电探测器，所述金属电极由氧化镓层表面向外依次为钛和金，铬和金，镍和金，或纯金组合中的一种。
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| CN107706253A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-02-16 | 朱秋华 | 一种紫外探测器及其制备方法 |
| CN109713058A (zh) * | 2017-10-25 | 2019-05-03 | 中国科学院物理研究所 | 表面等离激元增强的氧化镓紫外探测器及其制备方法和应用 |
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2019
- 2019-07-30 CN CN201910698160.0A patent/CN110556452B/zh active Active
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110556452A (zh) | 2019-12-10 |
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