[发明专利]光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法。

背景技术

近年来，随着天文、高能物理、空间技术等领域的研究和探索工作的不断深入，对紫外探测技术和探测材料提出了更高的要求。紫外(UV)探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术，在军事和民用方面均有很高的应用价值。军事上，紫外探测技术可用于导弹制导、导弹预警、紫外通信、紫外干扰、光电对抗等领域，这些已引起军方的高度重视。紫外探测技术在民用领域巾，可用于紫外天文学、紫外树脂同化、燃烧工程及紫外水净化处理巾的紫外线测量、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染检测等非常广泛的领域。

相比于传统红外探测器，紫外探测具备独特优势：比如说紫外探测可以用于在白天探测导弹或飞机，如果此时用红外，会受日光影响。紫外线在进入大气层时被吸收(200-290nm，日盲区)，而红外线则能穿过大气，所以大气环境里的红外干扰比较严重，而紫外环境相对较干净。所以紫外探测器可以在强红外干扰环境下探测热源。而且现在有的加油站里也在用紫外热源探测器来探测是否有危险热源。而红外探测器就容易因为干扰热源太多而产生误报警。

紫外探测技术的关键是研制高灵敏度、低噪声的紫外探测器。紫外成像的探测器可大致分为两类：光阴极探测器和半导体探测器。相比光阴极探测器，半导体紫外探测不仅更紧凑，更坚固，具有更高的量子效率，驱动电压更低，而且还能在高温环境中获得更好的稳定性。根据光电探测材料，典型的紫外固体探测器有Si(或者GeSi，PtSi等)紫外探测器、SiC紫外探测器以及AlGaN(或者GaN)紫外探测器。制作的工艺方法包括化学气相沉积法(CVD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(SOL-GEL)、水热法等。上述方法中半导体材料一般处于多晶态、晶态或者超晶格。

此外，ZnO也可作为紫外探测器的光电探测材料，ZnO是一种直接带隙宽禁带氧化物半导体材料，室温下其禁带宽度约为3.37eV，激子复合能高达60meV，ZnO薄膜一般处于多晶态或者晶态。不仅如此，ZnO还具有生长温度低、较低的电子诱生缺陷、阈值电压低等优点，并且原料易得、价廉、无污染。常见的制作方法为磁控溅射法(Sputter)、化学气相沉积法(CVD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(SOL-GEL)、水热法等。

然而，上述现有的半导体紫外探测器，其所用的光电探测材料处在多晶态或晶态，制造成本高，光电效率较低，但随着探测应用需求的提高，对光电效率也提出了更高的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种用于紫外探测器的光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法，通过形成宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替堆叠的光电探测叠层，来提高光电效率，同时也降低了成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种用于紫外探测器的光电探测叠层，包括：

m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和n层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、n≥1。

可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层为掺In的ZnO基半导体或其它二元或多元非晶态氧化物半导体。

可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层从包含以下材料的组中选择形成：InGaZnO、InZnO、HfInZnO、TaInZnO、ZrInZnO、YInZnO、AlInZnO、SnInZnO、TiO₂、In₂O₃、ZTO、ITO、ZnO或SnO_x。

可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3.3-3.5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3.0-3.25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。

可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3.5-4.0eV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3.3-3.5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。