一种全氧化镓p-n结及其制备方法

本发明涉及宽禁带半导体制备，具体来说是以镁掺杂氧化镓作为p型材料，本征氧化镓作为n型材料，制备全氧化镓p-n结。本发明所制备的全氧化镓p-n结具有快速紫外响应，能够在无外偏置电压下自供电工作。

背景技术：

1、半导体材料的光电耦合特性及其信息功能器件一直是凝聚态物理领域的国际前沿和研究热点。作为第三代半导体的典型代表，氧化镓具有良好的光学性能、高击穿电场（8×106v/cm）、大巴利加优值（3444）以及高稳定性等优点，广泛应用于日盲光电探测器、功率器件以及气体传感器等领域。由于氧化镓具有约4.9 ev的超宽光学带隙，有效地屏蔽了太阳辐射和人工光源的干扰，十分适用于日盲波段（200-280 nm）的光电探测。高质量的氧化镓薄膜对器件的性能起着至关重要的作用。在非故意掺杂的本征氧化镓中，氧空位充当了施主杂质，使其表现出n型导电行为，因此制备稳定的p型氧化镓薄膜是一个巨大的挑战。

2、相较于基于本征氧化镓的光电器件，基于全氧化镓p-n结的光电探测器能够实现快速紫外响应，并且在无外偏置电压下自供电工作。这项工作有望为p型氧化镓的制备及其紫外光电探测的应用提供指导。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种全氧化镓p-n结及其制备方法，该方法通过脉冲激光沉积法分别获得p型镁掺杂氧化镓和n型本征氧化镓，最后借助热蒸发镀膜仪搭配掩模版完成金电极的沉积。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种全氧化镓p-n结的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

4、步骤1：p型镁掺杂氧化镓薄膜的制备

5、a1：制备衬底

6、选择（0001）晶向的蓝宝石衬底，利用金刚石刀将其切成边长为0.5-2cm大小的方形，依次将其置于丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗10-30min，最后利用高纯氮气枪吹干衬底表面残留的去离子水备用，至此完成衬底的制备；

7、a2：沉积镁掺杂氧化镓薄膜

8、首先，将（0001）晶向的蓝宝石衬底放入脉冲激光沉积系统的腔体，调节激光能量为2-4 mj/cm2，脉冲频率为1-10 hz，靶材由纯度为99.9%的3%镁掺杂氧化镓粉末烧结而成，靶材到衬底的距离为5-10 cm。加热衬底至650-850 ℃，调节氧分压至10-40 mtorr，沉积1-2小时，关闭氧气，原位退火30-60分钟，待样品自然冷却至室温拿出样品，至此完成p型镁掺杂氧化镓薄膜的制备；

9、步骤2：n型本征氧化镓薄膜的制备

10、将a2中制备的样品用不锈钢掩模版压住一半，并放入脉冲激光沉积系统的腔体，调节激光能量为2-3 mj/cm2，脉冲频率为1-10 hz，靶材为本征氧化镓，靶材到衬底的距离为5-10 cm。加热衬底至600-800 ℃，调节氧分压至10-40 mtorr，沉积1-2小时，关闭氧气，原位退火30-60分钟，待样品自然冷却至室温拿出样品，至此完成n型本征氧化镓薄膜的制备；

11、步骤3：电极的制备

12、首先，将步骤2中制备的样品用带有电极图案的不锈钢掩模版压住，并固定在热蒸发镀膜仪的样品板上，将2-5粒金颗粒放在腔室的钨舟内并关闭腔室；其次，依次打开机械泵、分子泵将腔室抽至真空；最后，缓慢增加钨舟两端的电流直至金颗粒融化、蒸发，控制金颗粒的蒸发速度在0.1-0.4å/s，蒸镀25-60 nm厚的金膜；至此完成全氧化镓p-n结的制备。

13、一种上述方法制得的全氧化镓p-n结。

14、本发明与现有技术相比，最大的优势在于：本发明操作简单、成本低廉，通过镁元素掺杂实现了p型氧化镓。并且在单一的氧化镓薄膜的基础上制备了全氧化镓p-n结，实现了器件的快速紫外响应。

技术特征：

1.一种全氧化镓p-n结的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

2.一种基于权利要求1所述方法制得的全氧化镓p-n结。

技术总结
本发明公开了一种全氧化镓p‑n结及其制备方法，能够在不同激光功率密度下实现快速紫外响应，所制备的全氧化镓p‑n结以镁掺杂氧化镓作为p型材料，本征氧化镓作为n型材料。制备过程如下：首先，在(0001)晶向的蓝宝石衬底上制备p型镁掺杂氧化镓薄膜；在此基础上，制备n型本征氧化镓薄；最后，借助热蒸发镀膜仪沉积金电极，至此完成全氧化镓p‑n结的制备。本发明所制备的全氧化镓p‑n结具有快速紫外响应，能够在无外偏置电压下自供电工作。

技术研发人员：胡志高,周鑫,邓梦晗,张金中,褚君浩
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13