一种氧化镓光电探测器及其制备方法与流程

本申请涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种氧化镓光电探测器及其制备方法。

背景技术：

光电探测器是一类能将光信号转化为电信号从而实现对光的探测的光电子器件。日盲波段指波长范围在200～280nm的紫外光。由于大气臭氧层的强烈吸收，太阳光中的这部分不能达地表，因此日盲探测具有背景干扰小的突出优点，在空间天文望远镜、导弹预警、非视距保密光通信、海上破雾导航、电网监测、火灾遥感及生化监测等方面具有广阔的应用前景。根据机理的不同，光电探测器可以分为外光电效应探测器以及内光电效应探测器。外光电效应探测器依靠电子吸收光子后从材料表面逸出的外光电效应，主要有光电倍增管、像增强器等，这种器件一般需要高真空、体积较大也较脆弱。内光电效应包括光电导效应和光伏效应。光电导效应是指材料吸收光子后发生电子跃迁，从而使得自由载流子浓度上升，电阻率下降。光伏效应则指光照下产生的自由载流子在器件内建电场的作用下分别被运输到器件的两端，从而导致器件两端电压下降。内光电效应探测器具有可小型化、不需要真空等突出优点。目前用于内光电效应日盲探测的材料主要有si、gaas、gap、gan、sic、zno、金刚石以及氧化镓等。与其他材料相比，氧化镓具有显著的优势。氧化镓是直接带隙半导体，其禁带宽度高达4.9电子伏，直接对应了日盲波段，不会被波长长于日盲波段的光干扰。此外，超宽的禁带宽度使得氧化镓的击穿场强高、耐高温、抗辐照性能好，对极端环境和工作条件的耐受性更好。此外，氧化镓可以通过导模法制备并实现可控的n型掺杂，生产成本更低。

氧化镓是理想的日盲探测材料，目前报道的基于氧化镓的日盲光电探测器所采用的结构可以分为垂直结构和平面结构。垂直结构中电极分别生长在氧化镓层的上下两侧，平面结构中电极生长在氧化镓层的同一侧。垂直结构器件的制备过程较为复杂，增加了生产制造成本。平面结构的制备简单，但电极产生的电场集中在氧化镓的表面，氧化镓内部几乎没有电场分布，这导致器件的有效吸光区域存在于氧化镓的表面，器件的光电流也主要在表面区域流动。然而半导体表面常常存在大量由悬挂键、吸附物等带来的缺陷，导致平面结构光电探测器的性能较差，因此有必要设计一种新型氧化镓日盲探测器，通过较为简单的工艺，使电场在整个器件中均匀分布，以提高氧化镓日盲探测器的性能。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种氧化镓光电探测器及其制备方法，至少解决以上技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种氧化镓光电探测器，包括：衬底100；氧化镓层200，其设于衬底100的表面；第一电极300和第二电极400，第一电极300和第二电极400不接触，第一电极300和第二电极400均包括多个支层，多个支层的一端镶嵌于氧化镓层200的内部及表面，另一端相互连接于氧化镓层200的外部。

在进一步的实施例中，多个支层的另一端相互连接并延伸至衬底100的表面。

在进一步的实施例中，第一电极300的多个支层与第二电极400的多个支层一一对应。

在进一步的实施例中，第一电极300和第二电极400之间的间距大于5nm。

在进一步的实施例中，同一电极相邻两支层间的氧化镓层200的垂直厚度大于5nm。

在进一步的实施例中，多个电极支层中各层的厚度小于200nm。

在进一步的实施例中，第一电极300和/或第二电极400的材料为ti、cr、ni、pt、au、ag、w、in、al、ru、pd、tin、ta、tan或ito中的一种或多种。

本公开另一方面提供了一种氧化镓光电探测器的制备方法，包括：s1，在衬底100上生长一层氧化镓层200；s2，在氧化镓层200上生长第一电极300和/或第二电极400的一支层；s3，重复生长一层氧化镓层200以及第一电极300和/或第二电极400的一支层，直至氧化镓层200的总厚度达到预设厚度。

在进一步的实施例中，预设厚度大于20nm。

在进一步的实施例中，第一电极300和第二电极400之间的间距大于5nm。

(三)有益效果

本申请中的氧化镓光电探测器的电极埋于氧化镓内部，在外加偏压时，电场均匀分布在整个氧化镓体内，而不是只集中于表面，这样在离表面较远的区域产生的光生载流子也可以被收集，使得光电探测器的量子效率和响应度上升；同时大部分的光生电流在远离表面的区域传导，使得表面缺陷对器件性能的影响降低，器件的响应速度、线性响应范围等参数得到提高。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的氧化镓光电探测器的结构示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的氧化镓光电探测器的制备方法的步骤图。

具体实施方式

本申请中的氧化镓光电探测器，通过生长氧化镓和电极周期重叠结构，使得电极埋入氧化镓的内部，这样构造出的垂直叉指结构能够提供深入氧化镓内部的电场，充分收集氧化镓中产生的所有光生载流子，减少表面处的缺陷对器件性能的影响，提高器件的响应度、响应速度等性能参数。

本申请中的氧化镓光电探测器，如图1所示，包括衬底100、氧化镓层200、第一电极300以及第二电极400，其中，氧化镓层200设于衬底100的表面；第一电极300和第二电极400不接触，第一电极300和第二电极400均包括多个支层，多个支层的一端镶嵌于氧化镓层200的内部及表面，另一端相互连接于氧化镓层200的外部。

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。

衬底100为绝缘材料，在其上设置氧化镓层200之前还需要对衬底进行清洗、打磨等操作。

氧化镓层200设于上述衬底100上，其总厚度大于20nm。

第一电极300和第二电极400之间有间隔不接触，第一电极300和第二电极400之间的间距大于5nm。第一电极300和第二电极400均包括多个支层，第一电极300的多个支层的一端镶嵌于氧化镓层200的内部及表面，另一端相互连接于氧化镓层200的外部；同理，第二电极400的多个支层的一端镶嵌于氧化镓层200的内部及表面，另一端相互连接于氧化镓层200的外部。多个支层的另一端相互连接延伸到衬底100的表面。支层的形状没有限制，可以是矩形、半圆形、叉指形等。多个支层中的每一层的形状可以相同也可以不相同，厚度可以相同也可以不相同，每一层的厚度小于200nm。第一电极300的多个支层与第二电极的多个支层一一对应，如图1所示，相对应的两支层位于氧化镓层200相同的厚度处。

第一电极300的材料可以为ti、cr、ni、pt、au、ag、w、in、al、ru、pd、tin、ta、tan或ito中的一种或多种。第二电极400的材料可以为ti、cr、ni、pt、au、ag、w、in、al、ru、pd、tin、ta、tan或ito中的一种或多种。第一电极300的材料和第二电极400的材料优选为相同。

氧化镓层200的总厚度大于20nm。

另一方面，本公开提供了一种氧化镓光电探测器的制备方法，如图2所示，包括：

s1，在衬底100上生长一层氧化镓层200；

首先对衬底100进行清洗、打磨等预处理。然后对其进行光刻，制作出氧化镓层200的形状，然后生长一层氧化镓层200，去除光刻胶。

s2，在氧化镓层200上生长第一电极300和/或第二电极400的一支层；

在氧化镓层200上旋涂光刻胶，然后进行光刻并生长第一电极300和/或第二电极400，去除光刻胶。第一电极300和第二电极400之间的间距大于5nm。

s3，重复生长一层氧化镓层200以及第一电极300和/或第二电极400的一支层，直至氧化镓层200的总厚度达到预设厚度。

预设厚度大于20nm。

综上所述，本申请中的氧化镓光电探测器的电极埋于氧化镓内部，在外加偏压时，电场均匀分布在整个氧化镓体内，而不是只集中于表面，这样在离表面较远的区域产生的光生载流子也可以被收集，使得光电探测器的量子效率和响应度上升；同时大部分的光生电流在远离表面的区域传导，使得表面缺陷对器件性能的影响降低，器件的响应速度、线性响应范围等参数得到提高。

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。